Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/61775
Title: Optimization of chemical saccharification of sweet sorghum straw and bagasse for ethanol fermentation
Other Titles: การหาภาวะที่เหมาะสมของการสลายทางเคมีของชานข้าวฟ่างหวาน และชานอ้อยสำหรับการหมักเอทานอล
Authors: Aphisit Poonsrisawat
Advisors: Siriluk Teeradakorn
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Science
Advisor's Email: Siriluk.T@Chula.ac.th
Subjects: Sorgo
Bagasse
Ethanol
ข้าวฟ่างหวาน
ชานอ้อย
เอทานอล
Issue Date: 2010
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: Sweet sorghum straw and sugarcane bagasse are lignocellulosic materials that are promoted as an alternative feedstock for ethanol production because it is available and inexpensive. Due to its composition of cellulose and hemicellulose, that could be hydrolyzed into fermentable sugars. Conversion of these potential feedstocks requires a pretreatment step to alter the microscopic size and structure of the lignocellulose. This research was studied in order to find the optimum conditions on hydrolysis of sweet sorghum straw and sugarcane bagasse using dilute-acid or dilute-alkaline pretreatment. The biomass was mixed with dilute sulfuric acid (0-3%v/v) or dilute sodium hydroxide (0-4%w/v) with solid loading of 10% w/v and then pretreatment at hight temperatures (120-190°C) for 10-30 min of pretreated times. The maximum yield of glucose and xylose from sorghum straw was 0.234 g glucose/g dry substrate and 0.208 g xylose/g dry substrate, respectively, at the pretreatment condition : 120ºC, 3%H₂SO₄ for 10 min. In this case, a total of 50.04% of glucan and 76.41% of xylan were converted to glucose and xylose, respectively. In the case of bagasse, pretreatment at 170°C, 3%H₂SO₄ for 20 min gave the maximum yield of glucose of 0.367 g glucose/g dry substrate and a total of 78.52% of glucan was converted to glucose. Pretreatment at 120°C, 3%H₂SO₄ for 20 min, gave the maximum yield of xylose of 0.226 g xylose/g dry substrate and a total of 83.05% of xylan was converted to xylose. After chemical pretreatment, the hydrolyzates of sorghum straw and bagasse were detoxified and concentrated by overliming and evaporation method, respectively. The hydrolyzates containing 20 g/l and 50 g/l of reducing sugars were fermented with separate hydrolysis and fermentation (SHF) process using Saccharomyces cerevisiae and Pichia stipitis at 30ºC, pH 5.5 and agitation rate of 150 rpm. The fermentation of sorghum straw hydrolyzate, containing 20 g/l of reducing sugars by P. stipitis gave the highest ethanol concentration of 10.17 g/l at 46 hr. Whereas S. cerevisiae gave the ethanol concentration of 6.38 g/l at 12 hr. In case of fermentation bagasse hydrolyzate by P. stipitis and S. cerevisiae gave ethanol concentration of 3.73 g/l at 32 hr and 1.78 g/l at 9 hr, respectively.
Other Abstract: ชานข้าวฟ่างหวานและชานอ้อยเป็นวัสดุประเภทลิกโนเซลลูโลสที่ถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบทางเลือกในการผลิตเอทานอล เนื่องจากสามารถหาได้ง่ายและมีราคาถูก โดยมีเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสเป็นองค์ประกอบ ซึ่งสามารถถูกสลายให้เป็นน้ำตาลเพื่อนำไปใช้ในการหมักได้ โดยต้องมีการปรับสภาพเพื่อปรับเปลี่ยนขนาดและโครงสร้างของวัตถุดิบ งานวิจัยนี้ได้ทำการหาภาวะที่เหมาะสมในการสลายทางเคมีของชานข้าวฟ่างหวานและชานอ้อย โดยทำการผสมวัตถุดิบกับสารละลายกรดซัลฟูริกเจือจาง (0-3%โดยปริมาตร) หรือสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เจือจาง (0-4%โดยน้ำหนักต่อปริมาตร) ในอัตราส่วน 10%โดยน้ำหนักต่อปริมาตร แล้วนำไปปรับสภาพที่อุณหภูมิสูง (120 -190 องศาเซลเซียส) โดยใช้ระยะเวลาปรับสภาพนาน 10-30 นาที จากการทดลองพบว่า การปรับสภาพชานข้าวฟ่าวหวานที่อุณหภูมิ 120 องศาเซลเซียส สารละลายกรดซัลฟูริกที่ความเข้มข้น 3%โดยปริมาตร ใช้เวลาปรับสภาพนาน 10 นาที จะให้ปริมาณน้ำตาลกลูโคสและไซโลสสูงสุดเท่ากับ 0.234 กรัมกลูโคสต่อกรัมสับสเตรท และ 0.208 กรัมไซโลสต่อกรัมสับสเตรท ตามลำดับ ซึ่งคิดเป็นเปอร์เซ็นต์การเปลี่ยนเป็นน้ำตาลกลูโคสและไซโลสเท่ากับ 50.04% กรัมกลูโคสต่อกรัมกลูแคน และ 76.41% กรัมไซโลสต่อกรัมไซแลน ตามลำดับ ในกรณีของการปรับสภาพชานอ้อย พบว่า การปรับสภาพที่อุณหภูมิ 170 องศาเซลเซียส ด้วยสารละลายกรดซัลฟูริกที่ความเข้มข้น 3%โดยปริมาตร ใช้เวลาปรับสภาพนาน 20 นาที จะให้ปริมาณน้ำตาลกลูโคสสูงสุดเท่ากับ 0.367 กรัมกลูโคสต่อกรัมสับสเตรท ซึ่งคิดเป็นเปอร์เซ็นต์การเปลี่ยนเป็นน้ำตาลกลูโคสเท่ากับ 78.52% กรัมกลูโคสต่อกรัมกลูแคน และการปรับสภาพที่อุณหภูมิ 120 องศาเซลเซียส ด้วยสารละลายกรดซัลฟูริกที่ความเข้มข้น 3%โดยปริมาตร ใช้เวลาปรับสภาพนาน 20 นาที จะให้ปริมาณน้ำตาลไซโลสสูงสุดเท่ากับ 0.226 กรัมไซโลสต่อกรัมสับสเตรท ซึ่งคิดเป็นเปอร์เซ็นต์การเปลี่ยนเป็นน้ำตาลไซโลสเท่ากับ 83.05% กรัมไซโลสต่อกรัมไซแลน หลังจากการปรับสภาพทางเคมีแล้ว นำสารละลายน้ำตาลที่อยู่ในสภาพเป็นกรดมาลดความเป็นพิษด้วยวิธีการ overliming และระเหยให้เข้มข้น ตามลำดับ โดยสารละลายน้ำตาลที่มีปริมาณของน้ำตาลทั้งหมดประมาณ 20 และ 50 กรัมต่อลิตร จะถูกนำไปหมักด้วยกระบวนการหมักแบบแยกส่วน (SHF) ด้วยเชื้อยีสต์ Saccharomyces cerevisiae และ Pichia stipitis ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส ค่าความเป็นกรด-ด่าง 5.5 และสภาวะการเขย่า 150 รอบต่อนาที พบว่า เมื่อทำการหมักสารละลายจากชานข้าวฟ่างหวานที่มีน้ำตาลทั้งหมดอยู่ 20 กรัมต่อลิตร ด้วยเชื้อยีสต์ P. stipitis เป็นเวลา 46 ชั่วโมง จะได้ปริมาณเอทานอล 10.17 กรัมต่อลิตร ขณะที่เชื้อ S. cerevisiae ให้ปริมาณเอทานอล 6.38 กรัมต่อลิตร ที่เวลา 12 ชั่วโมง และเมื่อหมักสารละลายน้ำตาลจากชานอ้อยด้วยเชื้อยีสต์ P. stipitis และ S. cerevisiae จะได้ปริมาณเอทานอลค่อนข้างต่ำ คือ 3.73 g/l ที่ 32 ชั่วโมง และ 1.78 g/l ที่ 9 ชั่วโมง ตามลำดับ
Description: Thesis (M.Sc.)--Chulalongkorn University, 2010
Degree Name: Master of Science
Degree Level: Master's Degree
Degree Discipline: Biotechnology
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/61775
URI: http://doi.org/10.14457/CU.the.2010.2191
metadata.dc.identifier.DOI: 10.14457/CU.the.2010.2191
Type: Thesis
Appears in Collections:Sci - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
5072555223_2010.pdf2.07 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.