การพัฒนาระบบถังปฏิกรณ์ทางชีวภาพแบบอากาศยก สำหรับการเพาะเลี้ยงสาหร่ายเซลล์เดียว และไดอะตอมเพื่อให้ได้ความเข้มข้นและผลผลิตสูง

Abstract

พัฒนาถังสัมผัสแบบอากาศและปรับใช้ถังสัมผัสแบบอากาศยกในการเพาะเลี้ยงสาหร่ายเซลล์เดียว โดยการศึกษาครั้งนี้ได้แบ่งการทำงานออกเป็น 3 ส่วน ส่วนแรกเป็นการเพาะเลี้ยงเซลล์ของไดอะตอม Chaetoceros calcitrans ซึ่งเป็นอาหารสำคัญในการอนุบาลสัตว์น้ำ เช่น ลูกกุ้งกุลาดำ ซึ่งผลการศึกษาแสดงให้เห็นชัดเจนว่า การเพาะเลี้ยงในระบบถังสัมผัสแบบอากาศยกหรือเรียกได้ว่าเป็นถังปฏิกรณ์เชิงแสงแบบอากาศยกนั้น ช่วยให้เซลล์สามารถเจริญเติบโตได้ดีกว่าระบบการเพาะเลี้ยงที่ใช้กันทั่วไป โดยมีการศึกษาถึงผลของสารอาหาร ผลของการออกแบบถัง และผลจากตัวแปรในการดำเนินงานต่างๆ คือ ความเข้มของแสง และอัตราการให้อากาศพบว่า สารอาหารมาตรฐาน F/2 นั้นจะสามารถใช้ในการเพาะเลี้ยงได้ดีขึ้น หากมีการเพิ่มความเข้มข้นของสารประกอบซิลิกาอีก10% ส่วนการออกแบบถังไม่มีผลกระทบต่ออัตราการเจริญเติบโตอย่างมีนัยสำคัญ และการเพาะเลี้ยงควรทำที่ความเข้มแสงเท่ากับ 400 micromol photon m-2 d-1 และความเร็วลมหอเปล่าเท่ากับ 3 cm/s ซึ่งที่สภาวะที่เหมาะสมนี้ ระบบจะให้เซลล์ที่ความหนาแน่นสูงสุดเท่ากับประมาณ 3x106 เซลล์ต่อมิลลิลิตร การศึกษาส่วนที่ 2 เป็นการเพาะเลี้ยงเซลล์ของสาหร่าย Haematococcus pluvialis ซึ่งเป็นสาหร่ายที่มีศักยภาพในการพัฒนาเชิงอุตสาหกรรม เนื่องจากเป็นสาหร่ายที่สามารถผลิตสาร astaxanthin ซึ่งเป็นสารantioxidant ที่มีคุณภาพดี แต่ในการศึกษานี้จะจำกัดพียงแค่การเพาะเลี้ยงเซลล์เท่านั้น โดยคัดเลือกชนิดของสารอาหารที่มีรายงานว่าใช้ได้ดีที่สุดจากสารอาหาร 6 ประเภท และพบว่าสารอาหารประเภท F1 สามารถให้การเจริญเติบโตได้ดีที่สุด และเมื่อเพาะเลี้ยงในถังสัมผัสแบบอากาศยกพบว่า สภาวะที่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตคือ ที่ความเร็วลมหอเปล่าเท่ากับ 0.4 ซม/วินาที คาร์บอนไดออกไซด์ 1% และที่ความเข้มแสงเท่ากับ 20 micromol photon/m2 –s โดยได้ค่าความเข้มข้นของเซลล์สูงสุดเท่ากับ 40x104 cell/mL จากการศึกษาส่วนสุดท้ายเป็นการศึกษาถึงพฤติกรรมของถังสัมผัสแบบอากาศยกที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางกว้าง เพื่อจำลองสภาวะของการขยายขนาด โดยพบว่าเมื่อหอมีขนาดกว้างขึ้น พฤติกรรมจะเข้าใกล้พฤติกรรมของ bubble column ซึ่งทำให้ความเร็วในการไหลวนต่ำและมีอัตราการถ่ายเทมวลระหว่างวัฏภาคน้อย การติดตั้งท่อภายในจำเป็นจะต้องคำนึงถึงสภาวะความไม่เป็นอุดมคติของระบบ โดยถ้าให้จำนวนท่อภายในเพิ่มขึ้น (กำหนดให้มีความสัดส่วนพื้นที่ของ downcomer และ riser เท่าเดิม) จะได้พฤติกรรมทางด้านการถ่ายเทมวลสารระหว่างวัฏภาคก๊าซและของเหลวดีขึ้น