Ethanol production from oil palm empty fruit bunch by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) with kluyveromyces marxianus and saccharomyces cerevisiae
Master of Engineering (Chemical Engineering), 2019
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Format: | Theses and Dissertations |
| Language: | English |
| Published: |
Prince of Songkla University
2023
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19101 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Institution: | Prince of Songkhla University |
| Language: | English |
| id |
th-psu.2016-19101 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
Prince of Songkhla University |
| building |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| continent |
Asia |
| country |
Thailand Thailand |
| content_provider |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| collection |
PSU Knowledge Bank |
| language |
English |
| topic |
Fermentation Analysis Ethanol Production |
| spellingShingle |
Fermentation Analysis Ethanol Production Suwanan Sukhang Ethanol production from oil palm empty fruit bunch by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) with kluyveromyces marxianus and saccharomyces cerevisiae |
| description |
Master of Engineering (Chemical Engineering), 2019 |
| author2 |
Chayanoot Sangwichien |
| author_facet |
Chayanoot Sangwichien Suwanan Sukhang |
| format |
Theses and Dissertations |
| author |
Suwanan Sukhang |
| author_sort |
Suwanan Sukhang |
| title |
Ethanol production from oil palm empty fruit bunch by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) with kluyveromyces marxianus and saccharomyces cerevisiae |
| title_short |
Ethanol production from oil palm empty fruit bunch by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) with kluyveromyces marxianus and saccharomyces cerevisiae |
| title_full |
Ethanol production from oil palm empty fruit bunch by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) with kluyveromyces marxianus and saccharomyces cerevisiae |
| title_fullStr |
Ethanol production from oil palm empty fruit bunch by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) with kluyveromyces marxianus and saccharomyces cerevisiae |
| title_full_unstemmed |
Ethanol production from oil palm empty fruit bunch by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) with kluyveromyces marxianus and saccharomyces cerevisiae |
| title_sort |
ethanol production from oil palm empty fruit bunch by simultaneous saccharification and fermentation (ssf) with kluyveromyces marxianus and saccharomyces cerevisiae |
| publisher |
Prince of Songkla University |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19101 |
| _version_ |
1783957354402807808 |
| spelling |
th-psu.2016-191012023-11-22T03:41:10Z Ethanol production from oil palm empty fruit bunch by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) with kluyveromyces marxianus and saccharomyces cerevisiae การผลิตเอทานอลจากทะลายปาล์มเปล่าด้วยวิธีการหมักรวม (SSF) โดยใช้ยีสต์ kluyveromyces marxianus and saccharomyces cerevisiae Suwanan Sukhang Chayanoot Sangwichien Faculty of Engineering Chemical Engineering คณะวิศวกรรมศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมเคมี Fermentation Analysis Ethanol Production Master of Engineering (Chemical Engineering), 2019 This research purpose is to study the ethanol production from Oil Palm Empty Fruit Bunch (OPEFB) by Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) with Kluyveromyces marxianus and Saccharomyces cerevisiae. OPEFB is lignocellulosic biomass and their main components are cellulose, hemicellulose and lignin which cross linked into chemically complex. The basic steps for production of ethanol from lignocellulosic biomass is through three major operations; pretreatment for delignification is necessary to liberate cellulose and hemicellulose before hydrolysis of cellulose and hemicellulose to produce fermentable sugars and fermentation of reducing sugars to ethanol. The first section was the study of pretreatment step with sulfuric acid followed by sodium hydroxide and employing Response Surface Methodology (RSM) for designing experiment and optimization. Three factors including, substrate loading (5 – 25 % w/v), reaction time (30 - 90 min) and acid concentration (0.2 - 1 M) were optimized after that pretreated with sodium hydroxide 5 % (w/v) for 20 min. The optimum condition of pretreatment step was substrate loading (15 % w/v), reaction time 53 min and concentration of sulfuric acid 0.2 M gave the highest cellulose yield of 72.10 %wt. and the lowest hemicellulose and lignin yield of 3.24 %wt. and 17.60 %wt. respectively. In addition, the enzyme digestibility of the treated OPEFB 83.5 %. Scanning Electron Microscope (SEM) analysis showed that the acid pretreatment followed by alkali caused great disruptions on the fiber structure by removing the cell wall, hydrolyzing both hemicellulose and lignin. The second section was to study ethanol fermentation with SSF was conducted by using K. marxianus and S. cerevisiae yeasts and employing RSM for designing experiment and optimization. Four factors including, temperature (30 - 45 ºC), substrate loading (5 - 15 % w/v), pH (4 - 6) and yeast concentration (1 – 5 % v/v) were optimized. It was found that the optimum condition of K. marxianus yeast was the fermentation temperature of 36.94 °C, substrate loading (12.24 % w/v), pH 4.5 yeast concentration (2.04 % v/v). The ethanol production was 0.281 g/g biomass at 48 h and the optimal condition of S. cerevisiae was the fermentation temperature is 35.03 °C substrate loading (8.16 % w/v), pH 4.91 and yeast concentration (3.38 % v/v). The ethanol production was 0.320 g/g biomass at 48 h. The final section to study, ethanol fermentation with Separated Hydrolysis and Fermentation (SHF) by select the fermentation conditions from the study in the second section. It found that fermentation by K. marxianus produced ethanol 0.258 g/g biomass and S. cerevisiae produced ethanol 0.302 g/g biomass. Show that production of ethanol by SSF gives ethanol yield more than SHF and decrease fermentation time. Due to Total time in SHF process was used 120 h and SSF process was used 48 h. SSF process used less time 72 h of SHF process. งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาการผลิตเอทานอลจากทะลายปาล์มเปล่าด้วยวิธีการหมัก ร ว ม Simultaneous Saccharification and Fermentation ( SSF) โ ด ย ใ ช้ยีส ต์ K. marxianus เปรียบเทียบกับใช้ยีสต์ S. cerevisiae ซึ่งทะลายปาล์มจัดอยู่ในประเภทวัสดุลิกโนเซลลูโลสและ โครงสร้างหลักของทะลายปาล์มคือ เซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส และลิกนิน ซึ่งเชื่อมโยงด้วยพันธะเคมี และขั้นตอนหลักของการผลิตเอทานอลจากวัสดุลิกโนเซลลูโลสมี 3 ขั้นตอนคือ 1. ขั้นตอนการปรับ สภาพวัตถุดิบเพื่อกา จัดลิกนินออก ซึ่งเป็นตัวขัดขวางการย่อยของเอนไซม์ 2. ขั้นตอนการย่อยคือ การย่อยเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสเป็ นน้า ตาลโมเลกุลเดี่ยวเพื่อเป็ นวัตถุดิบหลักในการหมัก 3. ขั้นตอนการหมักคือใช้ยีสต์ในการเปลี่ยนน้าตาลเป็ นเอทานอล ดังนั้นส่ วนแรกเป็ นการศีกษา ขั้นตอนการปรับสภาพด้วยกรดซัลฟิ วริกและตามด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์ โดยออกแบบการ ทดลองด้วยวิธีการพื้นผิวตอบสนองในการขั้นตอนการปรับสภาพด้วยกรด ศึกษาทั้งหมด 3 ตัวแปร คือ ปริมาณวัตถุดิบเริ่มต้นร้อยละ 15-25 โดยน้า หนักต่อปริมาตรของกรด เวลาในการทา ปฏิกิริยา (30 - 90 นาที) และความเข้มข้นของกรดซัลฟิ วริก 0.2 - 1.0 โมลาร์ หลังจากนั้นปรับสภาพต่อด้วย สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่ความเข้มข้นร้อยละ 5 โดยน้า หนักต่อปริมาตร เป็นเวลา 20 นาที พบว่า สภาวะที่ดีที่สุดในปรับสภาพคือ ปริมาณวัตถุดิบเริ่มต้นร้อยละ 15 โดยน้า หนักต่อปริมาตร ของกรด เวลาในการทาปฏิกิริยา 53 นาที และความเข้มข้นของกรดซัลฟิวริก 0.2 โมลาร์ และปรับ สภาพต่อด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้นร้อยละ 5 โดยน้า หนักต่อปริมาตร ให้ ปริมาณเซลลูโลสมากที่สุดคือ ร้อยละ 72.10 โดยน้า หนัก ส่วนเฮมิเซลลูโลสและลิกนินได้น้อยที่สุด คือ ร้อยละ 3.24 และ 17.60 โดยน้ าหนักตามลาดับ มีอัตราการย่อยด้วยเอนไซม์ร้อยละ 83.50 นอกจากนี้เมื่อวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด พบว่าการปรับสภาพด้วย กรดตามด้วยด่างสามารถทา ลายโครงสร้างผลึกบนเส้นใยโดยการขจัดผนังเซลล์ ส่งผลให้ปริมาณเฮ มิเซลลูโลสและลิกนินลดลง ในส่วนที่สองเป็นการศึกษาการหมักเอทานอลด้วยวิธีการหมักรวม (SSF) โดยการใช้ยีสต์ K. marxianus เปรียบเทียบกับการใช้ยีสต์ S. cerevisiae โดยออกแบบการทดลองด้วยวิธีการพื้นผิวตอบสนองและในกระบวนการหมัก ศึกษาทั้งหมด 4 ตัวแปรคือ อุณหภูมิในการหมัก 30 - 45 องศาเซลเซียส ปริมาณวัตถุดิบที่ผ่านการปรับสภาพเริ่มต้นร้อยละ 5 - 15 โดยน้าหนักต่อปริมาตร ค่าความเป็ นกรด-ด่าง 4 - 6 และปริมาตรเชื้อยีสต์เริ่มต้นร้อยละ 1 - 5 โดยปริมาตร พบว่าสภาวะที่เหมาะสมที่สุดโดยใช้ยีสต์ K. marxianus คือ อุณหภูมิในการหมัก 36.94 องศาเซลเซียส ปริมาณวัตถุดิบที่ผ่านการปรับสภาพเริ่มต้นร้อยละ 12.24 โดยน้า หนักต่อปริมาตร ค่าความเป็นกรด-ด่าง 4.5 และปริมาตรเชื้อยีสต์เริ่มต้นร้อยละ 2.04 โดยปริมาตร ผลิตเอทานอลได้สูงสุดที่ 0.281 กรัมเอทานอลต่อกรัมวัตถุดิบ ที่เวลาการหมัก 48 ชั่วโมง และ สภาวะที่เหมาะสมที่สุดโดยใช้ยีสต์ S. cerevisiae คือ อุณหภูมิในการหมัก 35.03 องศาเซลเซียส ปริมาณวัตถุดิบที่ผ่านการปรับสภาพเริ่มต้นร้อยละ 8.16 โดยน้า หนักต่อปริมาตร ค่าความเป็นกรด-ด่าง 4.91 และปริมาตร เชื้อยีสต์เริ่มต้นร้อยละ 3.38 โดยปริมาตร ผลิตเอทานอลได้สูงสุดที่ 0.320 กรัมเอทานอลต่อกรัม วัตถุดิบ ที่เวลาการหมัก 48 ชั่วโมง ในส่วนสุดท้าย ทา การศึกษาการหมักเอทานอลด้วยวิธีการหมัก แยก Separated Hydrolysis and Fermentation (SHF) โดยเลือกสภาวะการหมักจากการศึกษาในส่วน ที่สอง พบว่า การหมักโดยใช้ยีสต์ K.marxianus ผลิตเอทานอลได้ 0.258 กรัมเอทานอลต่อกรัม วัตถุดิบ และโดยใช้ยีสต์ S.cerevisiae ผลิตเอทานอลได้ 0.302 กรัมเอทานอลต่อกรัมวัตถุดิบ แสดง ให้เห็นว่า การผลิตเอทานอลด้วยวิธีการหมักรวม (SSF) สามารถผลิตเอทานอลได้มากกว่าวิธีการ หมักแยก (SHF) และใช้ระยะเวลาในการผลิตน้อยกว่า ซึ่งเวลาที่ใช้ในกระบวนการผลิตแบบแยกใช้ เวลาทั้งหมด 120 ชม.ส่วนกระบวนการผลิตแบบรวมใช้เวลาทั้งหมด 48 ชม.จึงใช้เวลาน้อยกว่า 72 ชม. 2023-11-22T03:41:10Z 2023-11-22T03:41:10Z 2019 Thesis http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19101 en Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Thailand http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/th/ application/pdf Prince of Songkla University |