การผลิตไซลิทอลจากวัสดุเหลือทิ้งลิกโนเซลลูโลสโดย Candida magnoliae TISTR 5663

Production of xylitol from waste lignocellulosics by Candida magnoliae TISTR 5663

Name: ศิวพร วรรณวิไล

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ -- วิทยานิพนธ์. ปร.ด. (เทคโนโลยีชีวภาพ) 2561

Classification :.LCCS: TP248.65.L54

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. สาขาเทคโนโลยีชีวภาพ -- วิทยานิพนธ์

ThaSH: ลิกโนเซลลูโลส

ThaSH: ไซลิทอล -- การผลิต

ThaSH: ยีสต์ -- การใช้ประโยชน์

Abstract: งานวิจัยนี้มุ่งเน้นศึกษากรรมวิธีการผลิตไซลิทอลจากสูตรอาหารราคาถูกที่มีไฮโดรไลเสตจากวัสดุเหลือทิ้งทาง การเกษตรเป็นซับสเตรต และพัฒนาวิธีการผลิตเพื่อให้ได้ไซลิทอลต้นทุนต่ำที่มีความเป็นไปได้ในการลงทุนเชิงพาณิชย์ การศึกษาการผลิตไซลิทอลต้นทุนต่ำจากไซโลสและไฮโดรไลเสตของวัสดุเหลือทิ้งลิกโนเซลลูโลสโดยยีสต์ Candida magnoliaeTISTR 5663โดยเปรียบเทียบสูตรอาหารเพาะเลี้ยงเชื้อต้นทุนต่ำ 2 สูตร พบว่าสูตรอาหารที่ใช้ (NH4 )2HPO4 เป็นแหล่งไนโตรเจนมีความเหมาะสมที่สุดเนื่องจากมีต้นทุนต่ำที่สุดเท่ากับ4.79 บาทต่อลิตร โดยยีสต์ยังคงมีอัตราจําเพาะของการเจริญ ผลได้และอัตราการผลิตไซลิทอล ไม่แตกต่างจากสูตรอาหารควบคุมอย่างมีนัยสําคัญทางสถิติ การศึกษาอิทธิพลของโซเดียมเบนโซเอตและเฟอร์ฟิวรอล ซึ่งเป็นสารยับยั้งการเจริญของยีสต์ในระดับปริมาณที่เหมาะสมช่วยสนับสนุนการผลิตไซลิทอล สรุปว่าการผลิตไซลิทอลแบบครั้งคราวที่มีการเติมโซเดียมเบนโซเอตความเข้มข้น 0.15 กรัมต่อลิตรเป็นระยะโดยยีสต์ Candida mogii TISTR 5892 ภายใต้สภาวะที่มีอากาศ สามารถสนับสนุนการผลิตไซลิทอล เมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตที่ไม่มีการเติมโซเดียมเบนโซเอต โดยได้ความเข้มข้นสุดท้ายและผลได้เฉลี่ยของไซลิทอลเท่ากับ 50 กรัมต่อลิตร และ 0.57กรัมต่อกรัม ตามลําดับ สําหรับกรณีศึกษาการเติมเฟอร์ฟิวรอล (300 มิลลิกรัมต่อลิตร) และกลูโคส (3 กรัมต่อลิตร อัตราส่วนกลูโคสต่อไซโลสเริ่มต้น 1:10) สามารถสนับสนุนการผลิตไซลิทอลจากไซโลส โดยยีสต์ C. magnoliae TISTR 5663 ภายใต้สภาวะของการเพาะเลี้ยงที่จํากัดออกซิเจน ได้อัตราเชิงปริมาตรของการผลิตไซลิทอลเท่ากับ 1.04 กรัมต่อลิตร ชั่วโมง และอัตราจําเพาะของการผลิตไซลิทอลเท่ากับ 0.169กรัมต่อกรัม ชั่วโมง ซึ่งสูงกว่ากรณีของการผลิตไซลิทอลโดยไม่เติมเฟอร์ฟิวรอลและกลูโคสประมาณ 35 และ 30 เปอร์เซ็นต์ ตามลําดับ และแบบจําลองทางคณิตศาสตร์ที่สร้างขึ้นสามารถอธิบายอิทธิพลของโซเดียมเบนโซเอตและเฟอร์ฟิวรอลต่อการเจริญและการผลิตไซลิทอลของยีสต์ระดับฟลาสก์ได้เป็นอย่างดี ซึ่งโซเดียมเบนโซเอตแสดงบทบาทของสารยับยั้งการเจริญแบบไม่แข่งขัน (uncompetitive inhibitor) และเฟอร์ฟิวรอลแสดงบทบาทของสารยับยั้งการเจริญแบบแข่งขัน (competitive inhibitor) การเตรียมไฮโดรไลเสตจากชานอ้อย ไม้กฤษณา และซังข้าวโพด โดยวิธีการย่อยด้วยกรดซัลฟิวริกเจือจางแบบ 2 ขั้นตอน ทําให้ได้ไฮโดรไลเสตที่มีความเข้มข้นไซโลสสูง ซึ่งอาศัยสภาวะที่เหมาะสมโดยวิธีทะกุจิ ดังนี้ การย่อย ขั้นตอนที่ 1 ได้แก่ ความเข้มข้นกรดซัลฟิวริก 1.5เปอร์เซ็นต์ (ปริมาตร/ปริมาตร) อัตราส่วนวัตถุดิบต่อกรดเจือจาง 1:5 อุณหภูมิ 121 องศาเซลเซียสและเวลา 60นาที และขั้นตอนที่ 2 ได้แก่ อัตราส่วนวัตถุดิบต่อไฮโดรไลเสต 1:5 อุณหภูมิ 121 องศาเซลเซียสและเวลา 60นาที ได้ไฮโดรไลเสตจากชานอ้อย ไม้กฤษณา และซังข้าวโพดที่มีความเข้มข้นสุดท้ายของไซโลสเท่ากับ 77.621, 41.267 และ 82.541 กรัมต่อลิตร ตามลําดับ และมีองค์ประกอบของสารยับยั้ง ได้แก่ กรดแอซีติกเฟอร์ฟิวรอล ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรอล และสารประกอบฟีนอล ซึ่งเฟอร์ฟิวรอลเป็นสารยับยั้งที่มีผลต่อการผลิต ไซลิทอลมากที่สุด เมื่อเปรียบเทียบการผลิตไซลิทอลโดยยีสต์ C. magnoliaeTISTR 5663 จากไซโลสและไฮโดรไลเสตที่ไม่มีเฟอร์ฟิวรอลแต่ยังคงมีแอซีติก ไฮดรอกซีเมทิลเฟอร์ฟิวรอล และสารประกอบฟีนอล พบว่าอัตราเชิงปริมาตรและอัตราจําเพาะของการผลิตไซลิทอลไม่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสําคัญทางสถิติ การวิเคราะห์เบื้องต้นทางเศรษฐศาสตร์ สรุปกระบวนการผลิตน้ำเชื่อมไซลิทอลโดยยีสต์ C. magnoliaeTISTR 5663 ที่มีความคุ้มค่าต่อการลงทุน ดังนี้ (1)กระบวนการผลิตไซลิทอลจากไฮโดรไลเสตซังข้าวโพด (ที่ไม่มีการกําจัดสารยับยั้ง) ซึ่งเตรียมไฮโดรไลเสตที่มีไซโลสเข้มข้นสูงโดยวิธีการย่อยด้วยกรดเจือจางแบบ 2 ขั้นตอน (ผลได้และอัตราการผลิตไซลิทอล 0.70 กรัมต่อกรัม และ 0.46 กรัมต่อลิตร ชั่วโมง ตามลําดับ) และ (2) กระบวนการผลิตไซลิทอลโดยตรงจากไซโลส เพราะกระบวนการผลิตไซลิทอลมีมูลค่าปัจจุบันสุทธิเท่ากับ 21,809,607 บาท และ 278,336,241 บาท โดยมีระยะเวลาคืนทุน 19ปี และ 8ปี 8เดือน ตามลําดับ เมื่อกําหนดราคาขายน้ำเชื่อมไซลิทอล 300 บาทต่อกิโลกรัม ภายใต้กําลังการผลิตไซลิทอล 300 ตันต่อปี This research focused on xylitol production from low-cost culture media using lignocellulosic hydrolysates as substrates and developed the economical xylitol production which was feasible for commercial investment. Economical production of xylitol from xylose and lignocellulosic hydrolysates by Candida magnoliae TISTR 5663 was studied, which comparedbetween two growth culture media. The minimal medium used(NH4 ) 2HPO4 as nitrogen source was selected from its reasonable price (0.15 USD/L), since the yeast specific growth rate, xylitol yield and productivity were not significantly different from the reference culture medium. Sodium benzoate and furfural were growth inhibitors of yeast, but at its certain level stimulated the xylitol production. An intermittent fed-batch culture of Candida mogii TISTR 5892under aerobic condition with 0.15 g/L sodium benzoate clearly enhanced the xylitol titer relative to the culture without sodium benzoate. The final xylitol concentration and the average xylitol yield on xylose were 50 g/L and 0.57 g/g, respectively. On the other hand, the combinedfurfural (300 mg/L) and glucose (3 g/L with an initial mass ratio of glucose to xylose of 1:10) improved similarly the xylitol production from xylose by C. magnoliae TISTR 5663 under oxygen limiting condition. The xylitol volumetric production rate (1.04 g/L h) and specific production rate (0.169 g/g h) were superior than the yeast culture without added furfural and glucose 35% and 30%, respectively. A mathematical kinetic model could describe agreeably the effects of sodium benzoate and furfural on yeast growth and xylitol production, where sodium benzoate and furfural resulted in uncompetitive and competitive inhibitors, respectively in shake flask culture. Two-step dilute acid hydrolysis was used to prepare the hydrolysate concentrates containing high xylose from sugarcane bagasse, agarwood and corncob. The conditions optimized by Taguchi approach are followings, (i) the first-step hydrolysis was1.5% (v/v) H2SO4 , solid ratio (w/v) to diluted acid1:5, 121o C, 60 min; and (ii) the second-step hydrolysis was the solid ratio(w/v)to hydrolysate1:5, 121o C, 60 min, which resulted in hydrolysates containing 77.621, 41.267 and 82.541 g/L xylose from sugarcane bagasse, agarwood and corncob, respectively. These hydrolysates composed of inhibitors including acetic acid, furfural, hydroxymethylfurfural and phenolic compounds. Among them, furfural was an inhibitor severely affected on xylitol production. When compared the xylitol production by C. magnoliae TISTR 5663 from xylose to hydrolysate containing acetic acid, hydroxymethylfurfural and phenolic compounds without furfural, no statistically significant difference of the volumetric and specific rates of xylitol were accomplished. From preliminary study on economic analysis of xylitol-syrup production processes by C. magnoliae TISTR 5663, (i) the xylitol production from non-detoxified corncob hydrolysate with two-step diluted acid (i.e. xylitol yield and productivity of 0.70 g/g and 0.46 g/L h), and (ii) the xylitol production directly from xylose are feasible, resulted respectively in positive net present values (21,809,607 and 278,336,241 baht) and predictable payback periods(19 and 8.6 years)at the defined xylitol price 300 baht/kg and xylitol productivity 300 ton/year.

มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. สำนักหอสมุด

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: tdckulib@ku.ac.th

Name: สาโรจน์ ศิริศันสนียกุล

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์หลัก

Created: 2561

Modified: 2567-06-19

Issued: 2567-06-19

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: https://kasetsart.idm.oclc.org/login?url=https://www.lib.ku.ac.th/KUthesis/2561/siwaporn-wan-all.pdf

CallNumber: TP248.65.L54.ศ37

tha

DegreeName: ปรัชญาดุษฎีบัณฑิต

Level: ปริญญาเอก

Descipline: เทคโนโลยีชีวภาพ

Grantor: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

©copyrights มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	siwaporn-wan-all.pdf	6.16 MB	1	2025-02-08 02:32:10

ใช้เวลา

0.035695 วินาที