71 research outputs found
Production of Butanol from Palm Empty Fruit Bunches Hydrolyzate by Clostridium Acetobutylicum
No full textAbstractThis study aimed to produce biofuel, namely biobutanol, from palm empty fruit bunches (PEFB) by Clostridium acetobutylicum. The PEFB was hydrolyzed either by acid or enzyme to produce available sugar for C. acetobutylicum. For acid hydrolysis, 50g/L was hydrolyzed by sulfuric acid at various concentrations of acid in a range of 0 to 2.0%. Increasing the concentration of acid from 0.5 to 2.0% provided reducing sugar concentration of 44 to 49g/L. Prior to enzymatic hydrolysis by cellulase, the PEFB was pretreated either with acid or base or both chemicals. The cellulose content of the PEFB was increased from 41.32±0.81% up to 62.97±0.32, 62.70±0.35 and 68.40±0.89% by the pretreatment with acid, base and both chemicals, respectively. Consequently, 50g/L of the pretreated PEFB was hydrolyzed by cellulase for 72hours. The amounts of obtained reducing sugar from acid, base and both pretreated PEFB were 10.14±0.14, 16.43±0.40 and 6.50±0.23g/L respectively. The pretreatment by base was found to be the most suitable method to prepare PEFB for enzymatic hydrolysis. The production of acetone butanol ethanol by C. acetobutylicum in RCM medium containing 20g/L sugar from cellulase hydrolyzed PEFB at 168hours gave higher total ABE production of 1.262±0.218g/L compared with that from acid hydrolyzed PEFB (1.058±0.173g/L)
Optimization of monoacylglycerol (MAG) production from crude oakm oil (CPO and recovery of carotenoids from MAG-riched CPO
No full textThesis (M.Sc., Biotechnology)--Prince of Songkla University, 200
การเพิ่มศักยภาพการใช้ประโยชน์วัสดุเศษเหลือโรงงานอุตสาหกรรมเพื่อผลิตน้ำมันเซลล์เดียวต้นทุนต่ำ และการวิเคราะห์ความเป็นไปได้เชิงเศรษฐศาสตร์และผลกระทบต่อส่ิ่งแวดล้อม
No full textThesis (Ph.D., Environmental Managemen)--Prince of Songkla University, 2018This study aimed to evaluate the potential use of agro-industrial wastes for low- cost production of single cell oil. Different types of abundant wastes from soft drinks industry, brewery industry and biodiesel industry were compared. Expired soft drinks (ES) is the waste from soft drinks industry. The sugar compositions in the ES were: fructose (59.80%), glucose (27.46 %) and sucrose (12.73 %), which are good nutrient sources for yeast cultivation. Among oleaginous yeasts tested, Trichosporonoides spathulata JU4-57, Yarrowia lipolytica TISTR 5151 and a red yeast Rhodotorula mucilaginosa G43 could grow on ES and accumulate considerably high lipid content >30%. Brewers' spent grain (BSG) and spent yeast cells (SYC) are solid wastes from malting process and final yeast fermentation, respectively. Both wastes have to be acid hydrolyzed into fermentable sugars before use as nutrient sources for yeast cultivation. The BSG hydrolysate was composed of xylose (45.83±1.53%) and arabinose (32.13±2.3%) from arabinoxylan in hemicellulose and glucose (22.02+0.8%) from cellulose. While main sugars found in the SYC hydrolysate, were mannose (69.57+1.04%) and glucose (31.43+0.38%). All the selected yeasts could grow on BSG and SYC hydrolysate but accumulated low amount of lipids (8-17%) possibly due to the high nitrogen content, which stimulated cell growth rather than lipid accumulation. When cultivated on crude glycerol (CG) from biodiesel industry, only yeast R. mucilaginosa G43 grew well on CG and accumulated lipids >50%. While T. spathulata JU4-57 and Y. lipolytica TISTR 5151 could not grow well and gave relatively low biomass. In addition to lipids, R. mucilaginosa G43 also contained red pigment called carotenoids at 3.78+0.29 mg/g-cell and protein at 16.46±0.17%w/w. It then has high potential not only as single cell oil but also as a source of pigment and protein. Fed-batch fermentation of ES by Y. lipolytica TISTR 5151 was performed. The ES was intermittently added every 24 h to increase the carbon source availability. The lipid content increased up to the maximum level of 40-46% during 24-48 h. Fed-batch fermentation of CG by R. mucilaginosa G43 was also attempted by adding CG every 36 h. However, the fed-batch fermentation of CG did not significantly increase yeast cell growth and lipid production possibly due to the accumulation of inhibitors from CG.
From the above experiment, it could be concluded that crude glycerol and R. mucilaginosa G43 are suitable nutrient source and yeast strain for production of single cell oil. As fed-batch fermentation did not increase the lipid production by the yeast, the repeated batch fermentation was then chosen for scaling up in 2 L-bioreactor with 1-L working volume and the culture broth was replaced with the fresh medium at 80% replacement rate every 48 h. Five cycles of batch cultivation were repeated and the fermentation proceeded for 228 h. The yeast could grow and accumulate lipids in four cycles and the highest lipid obtained was 2.52±0.03 g/L. It was of interest that the carotenoid content in the cells from the third cycle was highest at 21.85±0.58 mg/g- cell. The fatty acid compositions of single cell oil are long chain fatty acids with 16-18 carbon atoms which are similar to those of plant oils. It then has potential to be used as biodiesel feedstocks.
In addition, this study also performed the techno-economic analysis (TEA) and assessments of environmental impact by greenhouse gas emission (GHG) from bioconversion of each agro-industrial waste into biodiesel. The process included waste preparation, yeast cultivation, harvesting and production of biodiesel via direct transesterification. TEA indicates that CG was the most suitable waste for yeast cultivation and biodiesel production because in 1,000 L production scale CG could give the highest biodiesel 2.02 kg followed by BSG (1.46 kg), SYC (0.68 kg) and ES (0.64 kg). The economic assessment shows the highest production costs involved in the case of SYC (9.34 /kg-biodiesel) and ES (4.29 /kg-biodiesel. The highest CO2 emissions are from the case of SYC (52.84 kg CO2-eq) followed by BSG (24.60 kg CO2-eq), ES (21.90 kg CO2-eq) and CG (6.93 kg CO2-eq). The CO2 emissions depend on the steps involved in the process and the yield of biodiesel. As SYC and BSG needed acid hydrolysis step before use and gave low yield of biodiesel, the CO2 emission per 1 kg biodiesel was then higher than those from other wastes.
This study has shown the promising approach for cost-effective production of microbial based biofuels and may also contribute to the techno-economic and environmental sustainability of the biofuel industries and the agro-bio industries in Thailand.งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาศักยภาพของวัสดุเศษเหลือโรงงานอุตสาหกรรมในการเพาะเลี้ยงยีสต์นํามาผลิตเป็นน้ํามันเซลล์เดียวที่มีต้นทุนต่ํา โดยศึกษาวัสดุเศษเหลือที่มีปริมาณมากจากอุตสาหกรรม น้ําอัดลม อุตสาหกรรมการผลิตเบียร์ และอุตสาหกรรมการผลิตไบโอดีเซล น้ําอัดลมหมดอายุเป็นของ เสียจากอุตสาหกรรมน้ําอัดลมมีองค์ประกอบหลักของ น้ําตาลฟรักโทส (ร้อยละ 59.80) น้ําตาลกลูโคส (ร้อยละ 27.46) และ น้ําตาลซูโครส (ร้อยละ 12.73) ซึ่งเป็นแหล่งน้ําตาลที่เหมาะสมสําหรับกระ จากการเปรียบเทียบการเจริญและการผลิตไขมันของยีสต์หลายสายพันธุ์ในน้ําอัดลม หมดอายุ พบว่ายีสต์สายพันธุ์ Trichosporonoides spathulata JU4-57, Yarrowia lipolytica TISTR 5151 และยีสต์สีแดง Rhodotorula mucilaginosa G43 สามารถเจริญและสะสมไขมันได้ มากกว่าร้อยละ 30 ของน้ําหนักเซลล์แห้ง สําหรับอุตสาหกรรมผลิตเบียร์มีวัสดุเศษเหลือที่เป็น ของแข็ง 2 ชนิด คือ กากเบียร์ที่ได้จากขั้นตอนแรกของการบ่มข้าวบาร์เลย์หรือข้าวมอลต์ และกาก ยีสต์ที่ได้จากขั้นตอนสุดท้ายของการหมักด้วยยีสต์ ซึ่งทั้งกากเบียร์และกากยีสต์ต้องย่อยด้วยกรดเพื่อ เปลี่ยนเป็นน้ําตาลก่อนใช้เป็นแหล่งสารอาหารในการเพาะเลี้ยงยีสต์ โดยน้ําตาลที่ได้จากการย่อยกาก เบียร์ประกอบด้วย น้ําตาลไซโลส (ร้อยละ 45.83±1.53) และน้ําตาลอะราบิโนส (ร้อยละ 32.13+2.3) จากส่วนที่เป็นไซแลนของเฮมิเซลลูโลส และน้ําตาลกลูโคส (ร้อยละ 22.0±0.8) จากส่วนของเซลลูโลส ส่วนนํ้าตาลที่ได้จากการย่อยกากยีสต์ประกอบด้วย น้ําตาลแมนโนส (ร้อยละ 69.57±1.04) และ น้ําตาลกลูโคส (ร้อยละ 31.43±0.38) ผลการทดลองพบว่ายีสต์ทุกสายพันธุ์สามารถเจริญเติบโตได้ดี ในน้ําย่อยจากกากเบียร์และกากยีสต์ แต่มีการสะสมไขมันต่ําในช่วงร้อยละ 8-17 เนื่องจากในน้ําย่อย มีปริมาณไนโตรเจนสูง ทําให้ยีสต์ใช้แหล่งคาร์บอนในการเจริญมากกว่าใช้ในการสะสมไขมัน สําหรับอุตสาหกรรมการผลิตไบโอดีเซลมีผลพลอยได้ที่เป็นกลีเซอรอลดิบ เมื่อใช้เพาะเลี้ยงยีสต์ทุกสายพันธุ์ พบว่ามีเพียงยีสต์ R. mucilaginosa G43 สามารถเจริญเติบโตและสะสมไขมันได้มากกว่าร้อยละ 50 โดยน้ําหนักเซลล์แห้ง ในขณะที่ยีสต์ T. Spathulata JU4-57 และ Y. lipolytica TISTR 5151 เจริญเติบโตได้น้อยกว่า นอกจากนี้ยังพบว่ายีสต์ R. mucilaginosa G43 ยังสามารถผลิตสารสีแดงที่ เรียกว่าแคโรทีนอยด์ได้เท่ากับ 3.78±0.29 มิลลิกรัมต่อกรัมเซลล์ และมีโปรตีนเป็นองค์ประกอบร้อยละ 16.46±0.17 ดังนั้นยีสต์สายพันธุ์นี้จึงไม่เพียงแต่เป็นน้ํามันเซลล์เดียวได้ แต่ยังสามารถเป็นใช้แหล่งของสารสีและโปรตีนเซลล์เดียวได้อีกด้วย จากการศึกษาการผลิตน้ํามันเซลล์เดียวจากน้ําอัดลมหมดอายุโดยการเพาะเลี้ยงแบบกึ่งกะ ได้เพาะเลี้ยงยีสต์สายพันธุ์ Y. lipolytica TISTR 5151 และเพิ่มปริมาณน้ําตาลระหว่างการเลี้ยงโดย ทําการเติมน้ําอัดลมหมดอายุทุก 24 ชั่วโมง พบว่าการเพาะเลี้ยงแบบกึ่งกะสามารถเพิ่มการสะสม ไขมันได้สูงสุดร้อยละ 40-46 ในช่วงเวลา 24-48 ชั่วโมง และจากการศึกษาการผลิตน้ํามันเซลล์เดียว จากกลีเซอรอลดิบโดยการเพาะเลี้ยงแบบกึ่งกะ ได้เพาะเลี้ยงยีสต์ R. mucilaginosa G43 และเติมกลี เซอรอลดิบระหว่างการเลี้ยงทุก 36 ชั่วโมง พบว่าการเพาะเลี้ยงแบบกึ่งกะไม่ได้สนับสนุนการเจริญ และผลิตไขมันของยีสต์อย่างมีนัยสําคัญ ซึ่งอาจเนื่องมาจากเกิดการสะสมของสารยับยั้งที่อยู่กลีเซอรอลดิบ ดังนั้นสรุปได้ว่ากลีเซอรอลดิบและยีสต์ R. mucilaginosa G43 เป็นแหล่งสารอาหารและ สายพันธุ์ยีสต์ที่เหมาะสมที่ให้การผลิตน้ํามันเซลล์เดียวสูงสุด แต่การเพาะเลี้ยงแบบกึ่งกะไม่มีผลการ ผลิตน้ํามันเพิ่มขึ้น ดังนั้น จึงเลือกการเพาะเลี้ยงแบบกะซ้ําเพื่อขยายขนาดการผลิตในถังหมักปฏิกรณ์ ชีวภาพขนาด 2 ลิตร โดยปริมาตรทํางานจริง 1 ลิตร เปลี่ยนถ่ายอาหารเลี้ยงเชื้อร้อยละ 80 ทุก 48 ชั่วโมง ทําการเพาะเลี้ยงทั้งหมด 5 ครั้ง รวมเป็นระยะเวลาการเพาะเลี้ยงทั้งสิ้นเท่ากับ 228 ชั่วโมง ผลการทดลองพบว่ายีสต์มีการเจริญเติบโตและสะสมไขมันได้ 4 รอบ และสามารถผลิตไขมันได้สูงสุด เท่ากับ 2.52±0.03 กรัมต่อลิตร นอกจากนี้ยังพบว่าสามารถผลิตสารสีแดงที่เรียกว่าแคโรทีนอยด์ได้ สูงสุดในรอบที่ 3 เท่ากับ 21.85±0.58 มิลลิกรัมต่อกรัมเซลล์ และจากการวิเคราะห์องค์ประกอบของ น้ํามันเซลล์เดียวพบว่าส่วนใหญ่เป็นกรดไขมันสายยาวที่มีคาร์บอน 16 และ 18 อะตอม ซึ่งคล้ายคลึง กับองค์ประกอบของน้ํามันพืช จึงมีศักยภาพในการนํามาใช้เป็นวัตถุดิบเพื่อผลิตไบโอดีเซลได้
นอกจากนี้งานวิจัยได้ทําการวิเคราะห์ศักยภาพเชิงเทคนิคเศรษฐศาสตร์ และผลกระทบ ทางด้านสิ่งแวดล้อมของการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกของกระบวนการผลิตไบโอดีเซลที่ใช้น้ํามันเซลล์เดียวที่เลี้ยงด้วยวัสดุเศษเหลือจากโรงงานอุตสาหกรรมแต่ละประเภท ตั้งแต่ขั้นตอนการเตรียม วัสดุเศษเหลือ การเลี้ยงยีสต์ การเก็บเกี่ยว และการผลิตไบโอดีเซลผ่านกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิ เคชันโดยตรง ผลการวิเคราะห์พบว่ากลีเซอรอลดิบเป็นวัสดุเศษเหลือที่มีศักยภาพมากที่สุดที่จะนํามา เลี้ยงยีสต์และผลิตเป็นไบโอดีเซล เนื่องจากในการผลิตระดับ 1,000 ลิตร การใช้กลีเซอรอลดิบทําให้ สามารถผลิตไบโอดีเซลได้สูงสุดเท่ากับ 2.02 กิโลกรัม รองลงมาคือ กากเบียร์ (1.46 กิโลกรัม), กาก ยีสต์ (0.68 กิโลกรัม) และน้ําอัดลมหมดอายุ (0.64 กิโลกรัม) เมื่อพิจารณาค่าใช้จ่ายตลอด กระบวนการ พบว่าการผลิตไบโอดีเซลโดยใช้กากยีสต์เป็นแหล่งอาหารในการเพาะเลี้ยงยีสต์มี ค่าใช้จ่ายสูงสุดเท่ากับ 9.34 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัมไบโอดีเซล รองลงมาคือ กากเบียร์ (4.34 ดอลลาร์ต่อ กิโลกรัมไบโอดีเซล) น้ําอัดลมหมดอายุ (4.29 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัมไบโอดีเซล) ในขณะที่การผลิตไบโอดีเซลโดยใช้กลีเซอรอลดิบเป็นแหล่งอาหารในการเพาะเลี้ยงยีสต์มีค่าใช้จ่ายตลอดกระบวนการน้อย
ที่สุดเท่ากับ 1.36 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัมไบโอดีเซล และพบว่ากระบวนการผลิตไบโอดีเซลจากกากยีสต์ มีค่าการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูงสุดเท่ากับ 52.84 กิโลกรัมคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่า รองลงมาคือ กากเบียร์ (24.60 กิโลกรัมคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่า) น้ําอัดลมหมดอายุ (21.90 กิโลกรัมคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่า) ในขณะที่กลีเซอรอลดิบมีค่าการปลดปล่อยก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์น้อยสุดมีค่าเท่ากับ 6.93 กิโลกรัมคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่า จะเห็นได้ว่าการ ปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะขึ้นอยู่ขั้นตอนที่ต้องใช้ในการเตรียมวัตถุดิบและผลผลิตไบโอ ดีเซลที่ได้ เนื่องจากกากยีสต์และกากเบียร์ต้องผ่านกระบวนการย่อยก่อนนํามาใช้และการผลิตไบโอดีเซลจากกากยีสต์ได้ผลผลิตต่ํา จึงทําให้มีการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่อหน่วยการผลิตไบ โอดีเซลสูงที่สุด
งานวิจัยนี้ได้แสดงให้เห็นถึงแนวทางในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพโดยใช้จุลินทรีย์ที่มีต้นทุนต่ํา ซึ่งคาดว่าจะสามารถพัฒนาความยั่งยืนด้านเทคนิค เศรษฐศาสตร์ และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมให้กับอุตสาหกรรมเชื้อเพลิงชีวภาพและอุตสาหกรรมเกษตรและชีวภาพของประเทศไท
Development of Acetone Butanol Ethanol (ABE) Production from Palm Pressed Fiber by Mixed Culture of Clostridium sp. and Bacillus sp.
No full textAbstractThe palm pressed fiber (PPF) was treated either with NaOH 10% (w/v) and boiling for 15 min or H2SO4 0.5% (v/v) and autoclaved at 121°C for 60 min. The PPF residues after pretreatment with NaOH, H2SO4 and both were 63.28, 62.20 and 47.00% (w/w), respectively. The pretreatment with both NaOH and H2SO4 reduced significantly lignin content and the highest cellulose content of 76.32% (w/w) was obtained. The ABE production using pretreated PPF as a carbon source was attempted in a single culture of Clostridium acetobutylicum DSM 1713 and a mixed culture of C. acetobutylicum DSM 1713 with Bacillus cellulolyticus JCM 9156 with and without addition of cellulase. It was found that the single and mixed cultures with the addition of 30 U cellulase gave the ABE production of 3.97 and 3.95 g/L, respectively, at 144 h. While the cultures without cellulase produced much less ABE (0.25-0.49 g/L). Although, the mixed culture did not improve ABE production, it could reduce the use of reducing agent and nitrogen gas to ensure the anaerobic condition. The optimum condition for ABE production by the mixed culture using pretreated PPF was 5.0 g/L PPF and 9.0 g/ L isolated soy protein (ISP), at pH 6.5, 37°C, 60 rpm with the addition of 30 U cellulase. At this condition, 4.95 g/L of ABE was obtained at 144 h
Screening of proteolytic, amylolytic, and lipolytic bacteria and their consortia for concomitant production of hydrolytic enzymes and bioremediation of shrimp pond sludge
No full textBackground: Aquaculture has become the fastest-growing sector in recent decades, and this has led to intensified cultural practices to achieve high yields. However, such practices have raised concerns regarding their environmental impact, as aquaculture sludge and wastewater cause significant organic pollution. This study then aimed to isolate and screen proteolytic, amylolytic, and lipolytic bacteria and evaluate their consortia for enzyme production and bioremediation of shrimp pond sludge. Results: The strategy using multiple substrates in the isolation media successfully obtained bacterial strains with multiple hydrolytic activities. After primary and secondary quantitative screening, 18 isolates that exhibited high dual and triple hydrolytic activities were selected. After tertiary quantitative screening using synthetic shrimp pond sludge and co-culture tests, Exiguobacterium indicum SSP-PA-08, Bacillus coagulans, and Bacillus subtilis were selected due to their synergy for the production of triple hydrolytic enzymes. Their consortia inoculated in shrimp pond sludge containing 0.8% total suspended solids (TSSs) showed an increase in proteolytic activity by 2.5 folds and amylolytic activity by 20 folds, which led to a greater reduction in TSS. The highest enzyme production was obtained using shrimp pond sludge containing 1.6% TSS. Conclusions: This study has developed the methods to isolate bacteria with multienzyme-producing ability. Co-culturing these bacteria in synthetic shrimp sludge significantly enhanced hydrolytic activity and led to a greater reduction in TSS. These strategies may contribute greatly to the hydrolytic enzyme production and environmentally friendly bioremediation of aquaculture sludge.How to cite: Thongsongkaew C, Cheirsilp B, Billateh A, et al. Screening of proteolytic, amylolytic, and lipolytic bacteria and their consortia for concomitant production of hydrolytic enzymes and bioremediation of shrimp pond sludge. Electron J Biotechnol 2025;77. https://doi.org/10.1016/j.ejbt.2025.05.005
การผลิตอะซิโตน บิวทานอล เอทานอล จากกรดไขมันระเหยง่าย และกากตะกอนดีแคนเตอร์ที่าผ่นการย่อ
No full textThesis (Ph.D.,(Food Science and Technology))--Prince of Songkla University, 201
Screening of Oleaginous Yeasts and Optimization for Lipid Production Using Crude Glycerol as a Carbon Source
No full textAbstractEight hundreds and eighty nine yeast strains were isolated from soils and wastes of palm oil mill and biodiesel plant in southern region of Thailand using glucose or glycerol as carbon source and at acidic condition (pH 4.0) or neutral condition (pH 6.0) with 0.0001% chloramphenicol. By applying Sudan Black B tests, 23 strains were identified as potential lipid producer or oleaginous yeast. The lipid contents of these 23 strains were compared in crude glycerol based medium. It was found that BY4-523 accumulated highest lipid content up to 53.28% while JU4-57 grew fastest and gave comparable high lipid content 41.50%. They were identified as Kodamaea ohmeri and Trichosporonoides spathulata, respectively. Among organic nitrogen sources tested, a mixture of yeast extract and peptone (1:1) gave the best biomass (17.05g/L for T. spathulata and 11.1g/L for K. ohmeri) and the maximum lipid production (10.43g/L for T. spathulata and 4.53g/L for K. ohmeri). In the view point of economic strategy, the cheaper inorganic nitrogen sources were also tested. Among inorganic nitrogen sources tested, ammonium sulfate was selected as a suitable nitrogen source. It gave the best biomass (9.17g/L for T. spathulata and 10.45g/L for K. ohmeri) and the maximum lipid production (3.85g/L for T. spathulata and 3.17g/L for K. ohmeri). The results showed that the newly isolated yeasts could grow and accumulate high lipid content in crude glycerol based medium supplemented with only ammonium sulfate. The optimal medium composition for both strains was 0.5% ammonium sulfate and 10% crude glycerol (C/N ratio of 17). Under this condition, the maximum biomass of 10.40g/L and lipid production of 4.45g/L were achieved for T. spathulata. Similarly, K. ohmeri also reached the maximum biomass of 10.50g/L and lipid production of 3.22g/L
การพัฒนากระบวนการกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากก๊าซชีวภาพและการผลิตไขมันโดยการเพาะเลี้ยงสาหร่ายไขมันสูง
No full textDoctor of Philosophy (Biotechnology), 2018Oleaginous microalgae has high CO2 removal rate which could be used
for biogas purification effectively. They also can accumulate high lipid content >20%
dry basis and has potential to be utilized as biodiesel feedstocks. This study aimed to
develop the efficient process of microalgae cultivation for biogas purification
coupling with lipid production as well as the development of harvesting process,
immobilization of microalgae for repeat-use and the ability of microalgae for
phytoremediation of industrial wastewater. There are main six parts in this study.
Part I is the cultivation of several oleaginous microalgae using biogas
and the evaluation of their ability to remove CO2 and improve methane content in
biogas. All oleaginous microalgae could effectively remove CO2 in biogas (>90%)
and accumulate lipid content in range the range of 24-42%. Among the species tested,
Scenedesmus sp. was most effective in CO2 removal. The optimal conditions for both
biogas purification and lipid production were: gas flow rate of 0.3 L h-1 per Lmedium,
inoculum sized at 107 microalgal cells mL-1, added with KNO3 0.8 g L-1 as
nitrogen source and illuminated at 5.5 klux light intensity. Under these conditions,
methane content in biogas was increased from 60% up to >90% corresponding to high
CO2 removal rate of 5.097 g-CO2 day-1 per 1 L-medium coupled with lipid
productivity of 88.57 mg L-1 day-1. In addition, with the strategy of stepwiseincreasing
gas flow rate the final biomass and lipid productivity were 1.25 and 1.79
folds increased. The microalgal lipids were composed of fatty acids with fuel
properties of high oxidation stability and high ignition quality.
Part II is the further improvement of Scenedesmus sp. performance in
biogas upgrading and lipid production by the strategies of step-wise increasing of
growth factor levels. Three important growth factors for microalgae included light intensity, nitrogen source and CO2 flow rate. The stepwise-increasing of CO2 flow
rate was suitable for cell growth and lipid production while the stepwise increasing of
light intensity was more suitable for CO2 removal efficiency. Among the strategies
attempted, the simultaneous stepwise-increasing of all three growth factors most
effectively enhanced the performance of microalgae. Through this strategy, >96% of
CO2 was continuously removed from biogas and the CH4 content in the purified
biogas was >98%. This process also generated microalgal biomass at 4.40 g L-1 with a
lipid content of 34.10%. The CO2 removal rate by this process was as high as 6.50 g-
CO2 day-1 per 1 L microalgal culture. The microalgal lipids contained long chain fatty
acids (C16-C18) >94% and their prospect fuel properties indicated their suitable use
as biodiesel feedstocks.
Part III is the optimization of the conditions for simultaneous biogas
purification and pretreatment of anaerobic digester effluent from palm oil mill by
immobilized oleaginous microalga Scenedesmus sp. in alginate gel beads. The optimal
culture conditions for immobilized microalga were: the use of initial cell
concentration at 106 cells mL-1 and bead volume to medium volume ratio at 25% v/v.
The optimal conditions for simultaneous biogas purification and pretreatment of
secondary effluent were: the use of diluted effluent at 4:1 and light intensity at 9.5
klux. Through these conditions, 88.46% of CO2 was removed from biogas and the
methane content was increased more than 95%. The CO2 removal rate was 4.63 g-
CO2 day-1 per 1 L-medium. After process operation, the immobilized microalgae
effectively removed COD >71% and all of nitrogen and phosphorus. The final
microalgal biomass obtained was 2.98 g L-1 with high lipid content of 35.92%. The
pigments including chlorophylls and carotenoids in biomass were 45.97 and 26.06 mg
g-1 biomass, respectively. Fatty acid compositions of microalgal lipids were C16-C18
(>98%).
Part IV aimed to increase the lipid content of oleaginous microalgae
via nutrient starvations and optimize the cost-effective harvesting process. Two
locally isolated oleaginous microalgae from Songkhla Lake in Thailand were
identified as Micractinium reisseri SIT04 and Scenedesmus obliquus SIT06.
Starvation of either ferrous or phosphorus did not significantly affect cell growth but
the starvation of nitrogen did limit cell growth of both strains. However, the nitrogen starvation stimulated lipid content of both strains by 1.5-1.6 folds which were higher
than the lipid content increased by ferrous and phosphorus starvation (1.2 folds). S.
obliquus SIT06 could grow and accumulated higher lipid content. The lipid
accumulated during nitrogen starvation contained higher content of saturated fatty
acids. The harvesting process through bioflocculation was optimized by Response
Surface Methodology (RSM). The maximum flocculation efficiency greater than 99%
was achieved using minimum dosage of chitosan at 64 mg L-1 which are fairly costeffective
at estimated chitosan around 0.098 Bath per gram microalgae biomass.
Part V aimed to optimize the photoautotrophic cultivation of S.
obliquus SIT06 using RSM and to harvest microalgal cells by co-pelletization with
filamentous fungi. The optimal conditions for photoautotrophic cultivation of S.
obliquus SIT06 were: pH of 8.0, NaNO3 as a nitrogen source at concentration of 1.1 g
L-1, and light intensity of 87 μmol proton m-2 s-1. Under these conditions, the highest
microalgal biomass obtained was 1.99 g L-1 with a high lipid content of 40.86%. To
simplify harvesting process of microalgal cells, pellet-forming filamentous fungi were
inoculated into the late log-phase of microalgae culture. Among the fungi tested,
Cunninghamella echinulata TPU 4652 most effectively harvested the microalgal cells
with the highest flocculation efficiency of 92.7%. Moreover, the biomass and lipids of
microalgae-fungi pellets were as high as 4.45 and 1.21 g L-1, respectively. The
extracted lipids were mainly composed of C16:0, C18:0 and C18:1, and their
estimated fuel properties meet with the international standards indicating their
potential use as biodiesel feedstocks.
Part VI is the development of the rapid method for harvesting and
immobilizing oleaginous microalgae using pellet-forming filamentous fungi. Among
the fungi tested, Trichoderma reesei QM 9414 showed superior pellet forming ability
under shaking speed at 100 rpm. Its pellets were used to harvest oleaginous microalga
Scenedesmus sp. With increasing volume ratio of fungal pellets to microalgae culture
up to 1:2, >94% of microalgal cells were rapidly harvested within 10 min. The ratio of
fungal pellets could manipulate both harvesting time and initial concentration of
microalgal cells in the pellets. The microalgae-fungal pellets were successfully used
as immobilized cells for effective phytoremediation of secondary effluent from
seafood processing plants under nonsterile condition. The chemical oxygen demand, total nitrogen, and total phosphorus removal were >74%, >44%, and >93%,
respectively. The scanning electron microscopy showed that the microalgal cells were
not only entrapped in the pellets but also got attached to the fungal hyphae with sticky
exopolysaccharides, possibly secreted by the fungi. The extracted lipids from the
pellets were mainly composed of C16-C18 (>83%) with their suitability as biodiesel
feedstocks.
This study has shown that oleaginous microalgae are the promising
microorganisms that can be used not only for effective biogas purification but also
production of lipids with high potential as biodiesel feedstocks. The effective
strategies to increase microalgal growth, lipid content, CO2 removal efficiency as well
as the effective harvesting process and innovative immobilization of microalgae have
been proposed. The oleaginous microalgae also show high ability for being used in
phytoremediation of industrial wastewater. The extracted lipids from both microalgae
and microalgae-fungal pellets have similar fatty acid compositions with those of plant
oils. This study may contribute greatly to the biogas industry and the industrialized
microalgae based biofuel production.สาหร่ายสายพันธุ์โอเลจีเนียสมีอัตราการกา จัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูงสามารถ
ใช้ในการทา บริสุทธ์ิก๊าซชีวภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพ สาหร่ายสายพันธุ์นี้ยังสามารถสะสมไขมัน
ภายในเซลล์ได้มากกว่าร้อยละ 20 โดยน้า หนักแห้ง ทา ให้มีศักยภาพในการใช้แหล่งน้า มันสาหรับ
การผลิตไบโอดีเซลได้อีกด้วย การศึกษานี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อพัฒนากระบวนการเพาะเลี้ยงสาหร่าย
สาหรับการทา บริสุทธ์ิก๊าซชีวภาพร่วมกับการผลิตไขมันอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะรวมถึงการ
พัฒนากระบวนการเก็บเกี่ยวสาหร่าย การตรึงรูปสาหร่ายเพื่อนา กลับมาใช้ซ้า และความสามารถของ
สาหร่ายในการบา บัดน้า ทิ้งโรงงานอุตสาหกรรม โดยแบ่งการศึกษาออกเป็น 6 ตอน
ตอนที่ 1 การเพาะเลี้ยงสาหร่ายไขมันสูงหลายสายพันธุ์ด้วยก๊าซชีวภาพ เพื่อศึกษา
ความสามารถของสาหร่ายในการลดปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และการเพิ่มปริมาณก๊าซมีเทน
ในก๊าซชีวภาพ ผลการทดลองพบว่าสาหร่ายไขมันสูงสามารถใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่อยู่ใน
ก๊าซชีวภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพ (>90%) และสามารถสะสมไขมันภายในเซลล์ได้สูงในช่วง
ร้อยละ 24-42 โดยสาหร่ายสายพันธุ์ Scenedesmus sp. เป็นสาหร่ายที่มีประสิทธิภาพสูงสุดใน
การกา จัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จากการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมของการเพาะเลี้ยงสาหร่ายเพื่อ
ทา บริสุทธ์ิก๊าซชีวภาพและผลิตไขมัน พบว่าอัตราการพ่นก๊าซชีวภาพที่ 0.3 ปริมาตรอากาศต่อ
ปริมาตรอาหารต่อชั่วโมง หัวเชื้อสาหร่ายเริ่มต้น 107 เซลล์ต่อมิลลิลิตร การเติมโพแทสเซียมไน
เตรตเป็นแหล่งไนโตรเจน 0.8 กรัมต่อลิตร และการให้แสงที่ความเข้มแสง 5.5 กิโลลักซ์ เป็น
สภาวะที่เหมาะสมที่ทาให้สาหร่ายสามารถกาจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และทาให้ปริมาณก๊าซ
มีเทนเพิ่มขึ้นจากร้อยละ 60 เป็นมากกว่าร้อยละ 90 คิดเป็นอัตราการกา จัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
สูงถึง 5.097 กรัมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่อลิตรต่อวัน และอัตราการผลิตไขมันเท่ากับ 88.57 มิลลิกรัมต่อลิตรต่อวัน นอกจากนี้ยังพบว่าการใช้กลยุทธ์เพิ่มอัตราการพ่นก๊าซชีวภาพแบบ
ขั้นบันได สามารถส่งเสริมการเจริญของสาหร่ายและทา ให้สาหร่ายมีชีวมวลสุดท้ายและปริมาณ
ผลผลิตไขมันเพิ่มขึ้น 1.25 และ 1.79 เท่า ตามลา ดับ เมื่อวิเคราะห์องค์ประกอบไขมันจากสาหร่าย
พบว่าเป็นกรดไขมันอิ่มตัวที่มีความเสถียรต่อการเกิดออกซิเดชั่นและมีคุณภาพในการจุดติดไฟสูง
ตอนที่ 2 การเพิ่มประสิทธิภาพการทา บริสุทธ์ิก๊าซชีวภาพและการผลิตไขมันของ
สาหร่ายไขมันสูงสายพันธุ์ Scenedesmus sp. โดยการศึกษากลยุทธ์การเพิ่มระดับปัจจัยการเจริญ
แบบขั้นบันได ซึ่งมีปัจจัยการเจริญที่ศึกษาได้แก่ ความเข้มแสง ความเข้มข้นของไนโตรเจน และ
อัตราการพ่นก๊าซชีวภาพ พบว่ากลยุทธ์การเพิ่มอัตราการพ่นก๊าซชีวภาพแบบขั้นบันไดเหมาะสมกับ
การเจริญและการผลิตไขมันของสาหร่าย ในขณะที่กลยุทธ์การเพิ่มความเข้มแสงแบบขั้นบันได
เหมาะสมกับการกา จัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และพบว่ากลยุทธ์การเพิ่มปัจจัยทั้งสามปัจจัยพร้อม
กันแบบขั้นบันได ทา ให้สาหร่ายมีการเจริญ การผลิตไขมัน และมีประสิทธิภาพในการกา จัดก๊าซ
คาร์บอนไดออกไซด์สูงสุด ทา ให้ก๊าซชีวภาพที่ผ่านระบบการเพาะเลี้ยงสาหร่ายมีปริมาณก๊าซมีเทน
เพิ่มขึ้นมากกว่าร้อยละ 98 คิดเป็นอัตราการกา จัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เท่ากับ 6.50 กรัมต่อวัน
ต่อลิตรอาหาร ภายใต้กลยุทธ์ข้างต้นยังทา ให้ได้ชีวมวลของสาหร่ายสูงถึง 4.40 กรัมต่อลิตร และมี
ปริมาณไขมันสะสมที่ร้อยละ 34.10 ไขมันสาหร่ายที่สกัดได้ประกอบด้วยกรดไขมันที่มีความยาว
คาร์บอน 16 – 18 อะตอมในสัดส่วนมากกว่าร้อยละ 94
ตอนที่ 3 การหาสภาวะที่เหมาะสมของการทา บริสุทธ์ิก๊าซชีวภาพพร้อมกับการ
บา บัดน้า ทิ้งจากบ่อบา บัดไร้อากาศโรงงานสกัดน้า มันปาล์มโดยการเพาะเลี้ยงสาหร่ายไขมันสูงสาย
พันธุ์ Scenedesmus sp. ตรึงรูปในเม็ดเจลอัลจิเนต ผลการทดลองพบว่าความเข้มข้นของหัวเชื้อ
สาหร่ายเริ่มต้นและอัตราส่วนปริมาตรเจลอัลจิเนตต่อปริมาตรอาหารที่เหมาะสมสาหรับการตรึงรูป
สาหร่าย คือ 106 เซลล์ต่อมิลลิลิตรและร้อยละ 25 ตามลาดับ และพบว่าสภาวะที่เหมาะสมสาหรับ
การเพาะเลี้ยงสาหร่ายตรึงรูป คือ การใช้น้า ทิ้งที่อัตราส่วนน้า ต่อน้า ทิ้ง 4:1 และความเข้มแสง 9.5
กิโลลักซ์ ภายใต้สภาวะดังกล่าวสาหร่ายตรึงรูปสามารถกาจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ร้อยละ
88.46 และทา ให้ปริมาณก๊าซมีเทนในก๊าซชีวภาพเพิ่มขึ้นมากกว่าร้อยละ 95 คิดเป็นอัตราการกา จัด
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เท่ากับ 4.63 กรัมต่อวันต่อลิตรอาหาร นอกจากนี้สาหร่ายตรึงรูปยัง
สามารถลดค่าซีโอดีในน้า ทิ้งได้มากกว่าร้อยละ 71 และสามารถลดปริมาณไนโตรเจนและปริมาณฟอสฟอรัสได้ทั้งหมด โดยชีวมวลสาหร่ายสุดท้ายมีปริมาณ 2.98 กรัมต่อลิตร และมีปริมาณไขมัน
ร้อยละ 35.92 นอกจากนี้ชีวมวลสาหร่ายยังมีปริมาณสารสีที่ประกอบด้วยคลอโรฟิ ลล์และแคโรที
นอยด์เท่ากับ 45.97 และ 26.06 มิลลิกรัมต่อกรัมชีวมวลสาหร่าย ตามลาดับ เมื่อวิเคราะห์
องค์ประกอบไขมันที่ได้พบว่าประกอบด้วยกรดไขมันที่มี่สัดส่วนของคาร์บอน 16 – 18 อะตอม
มากกว่าร้อยละ 98
ตอนที่ 4 การศึกษาการเพิ่มปริมาณไขมันในสาหร่ายไขมันสูงโดยการจากัด
สารอาหาร และการหาสภาวะที่เหมาะสมในการเก็บเกี่ยวชีวมวลสาหร่าย โดยเปรียบเทียบการ
เพาะเลี้ยงสาหร่ายไขมันสูง 2 สายพันธุ์ที่แยกได้จากทะเลสาบสงขลาในประเทศไทย ได้แก่ สาย
พันธุ์Micractinium reisseri SIT04 และ Scenedesmus obliquus SIT06 ผลการทดลองพบว่า
การจากัดธาตุเหล็กและฟอสฟอรัสไม่มีผลต่อการเจริญของสาหร่ายอย่างมีนัยสาคัญ ในขณะที่การ
จากัดไนโตรเจนทาให้สาหร่ายมีการเจริญลดลง แต่การจากัดไนโตรเจนทาให้สาหร่ายมีปริมาณ
ไขมันเพิ่มขึ้น 1.5-1.6 เท่า ซึ่งมากกว่าปริมาณไขมันที่เพิ่มขึ้นจากการจา กัดธาตุเหล็กและ
ฟอสฟอรัส (1.2 เท่า) โดยสาหร่ายสายพันธุ์ S. obliquus SIT06 ให้การเจริญและสะสมไขมันได้
สูงกว่า และพบว่าสาหร่ายมีการสะสมไขมันที่มีองค์ประกอบกรดไขมันอิ่มตัวสูงขึ้นภายใต้สภาวะ
การจา กัดไนโตรเจน สาหรับการเก็บเกี่ยวชีวมวลสาหร่ายเป็นการใช้สารช่วยตกตะกอนไคโตซาน
จากการหาสภาวะที่เหมาะสมโดยวิธีพื้นผิวตอบสนอง (Response Surface Methodology:
RSM) พบว่าสามารถใช้ปริมาณไคโตซานเพียง 64 มิลลิกรัมต่อลิตร ในการตกตะตอนสาหร่ายได้
มากกว่าร้อยละ 99 คิดเป็นค่าใช้จ่าย 0.098 บาทต่อกรัมสาหร่าย
ตอนที่ 5 เป็นการหาสภาวะที่เหมาะสมในการเพาะเลี้ยงสาหร่าย S. obliquus
SIT06 แบบโฟโตออโตทรอฟิกด้วยวิธี RSM และศึกษาการเก็บเกี่ยวชีวมวลสาหร่ายด้วยวิธีสร้าง
เพเลตของเชื้อราชนิดสาย ผลการทดลองพบว่าสภาวะที่เหมาะสมในการเลี้ยงสาหร่าย คือความเข้ม
แสงที่ระดับ 87 ไมโครโมลโปรตอนต่อตารางเมตรต่อวินาที ความเข้มข้นของโซเดียมไนเตรตที่ใช้
เป็นแหล่งไนโตรเจนเท่ากับ 1.1 กรัมต่อลิตร และค่าพีเอชเริ่มต้นเท่ากับ 8 โดยสาหร่ายสามารถผลิต
ชีวมวลสาหร่ายได้สูงสุดเท่ากับ 1.99 กรัมต่อลิตร และสาหร่ายมีการสะสมไขมันสูงถึงร้อยละ
40.86 สาหรับการเก็บเกี่ยวชีวมวลสาหร่าย ได้ศึกษาการเติมสปอร์ของเชื้อราชนิดสายลงไปใน
อาหารเลี้ยงสาหร่ายที่อยู่ในระยะ late-log phase พบว่าเชื้อราชนิดสาย Cunninghamella echinulata TPU 4652 สามารถเก็บเกี่ยวชีวมวลสาหร่ายได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยให้ค่า
ประสิทธิภาพการเก็บเกี่ยวชีวมวลสูงสุดถึงร้อยละ 92.7 และชีวมวลรวมของเพเลตสาหร่าย-เชื้อรา
(microalgae-fungi pellets) ที่เก็บเกี่ยวได้มีน้า หนักเท่ากับ 4.45 กรัมต่อลิตร และมีปริมาณไขมัน
เท่ากับ 1.21 กรัมต่อลิตร ไขมันที่สกัดได้มีองค์ประกอบหลักเป็นกรดไขมันสายยาวประเภท
C16:0, C18:0 และ C18:1 ที่มีคุณสมบัติทางเชื้อเพลิงสอดคล้องกับมาตรฐานไบโอดีเซลสากล
แสดงให้เห็นว่ามีศักยภาพในการนา ใช้เป็นแหล่งน้า มันสา หรับผลิตไบโอดีเซล
ตอนที่ 6 เป็นการศึกษาวิธีการที่รวดเร็วในการเก็บเกี่ยวและตรึงรูปชีวมวลสาหร่าย
ไขมันสูงโดยใช้เพเลตเชื้อราชนิดสาย (pellet-forming filamentous fungi) พบว่าเชื้อราชนิดสาย
สายพันธุ์ Trichoderma reesei QM9414 มีความสามารถในการสร้างเพเลตได้ดีที่สุดภายใต้อัตรา
การเขย่าเท่ากับ 100 รอบต่อนาที จึงนามาใช้ในการเก็บเกี่ยวและตรึงชีวมวลสาหร่ายไขมันสูงสาย
พันธุ์ Scenedesmus sp. การใช้อัตราส่วนของปริมาตรเพเลตเชื้อราต่อปริมาตรสาหร่ายที่ 1:2 ทา
ให้สามารถเก็บเกี่ยวชีวมวลสาหร่ายได้มากกว่าร้อยละ 94 ภายในระยะเวลา 10 นาที อัตราส่วนของ
เพเลตเชื้อราต่อปริมาณสาหร่ายที่ใช้มีผลต่อระยะเวลาในการเก็บเกี่ยวและปริมาณเซลล์สาหร่าย
เริ่มต้นในตัวตรึง สาหร่ายตรึงรูปด้วยเชื้อราสามารถนา ไปบา บัดน้า ทิ้งจากโรงงานอาหารทะเลได้
อย่างมีประสิทธิภาพภายใต้สภาวะที่ไม่มีการฆ่าเชื้อ โดยสามารถลดค่าซีโอดี ปริมาณไนโตรเจน
และปริมาณฟอสฟอรัสได้มากกว่าร้อยละ 74, 44 และ 93 ตามลาดับ ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์
อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (scanning electron microscopy: SEM) แสดงให้เห็นว่าเซลล์
สาหร่ายไม่เพียงถูกกักเก็บในเพเลตเชื้อรา แต่ยังถูกตรึงด้วยเอ็กโซพอลิแซ็กคาไรด์ที่อยู่บนเส้นใย
ของเชื้อรา ไขมันที่สกัดได้จากเพเลตสาหร่าย-เชื้อราประกอบด้วยกรดไขมันสายยาวซึ่งมีความยาว
ของคาร์บอนระหว่างช่วง 16 – 18 มากกว่าร้อยละ 83 ซึ่งเหมาะสมสาหรับใช้ในการผลิตไบโอ
ดีเซล
การศึกษานี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของสาหร่ายไขมันสูงในการทา บริสุทธ์ิก๊าซ
ชีวภาพ และผลิตไขมันที่มีศักยภาพเป็นแหล่งน้า มันสาหรับผลิตไบโอดีเซล รวมทั้งได้นา เสนอกล
ยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพในการส่งเสริมการเจริญ การสะสมไขมัน และการกาจัดก๊าซ
คาร์บอนไดออกไซด์ของสาหร่าย ซึ่งเป็นการพัฒนากระบวนการและนวัตกรรมของการเก็บเกี่ยว
สาหร่ายที่มีประสิทธิภาพ นอกจากนี้สาหร่ายไขมันสูงยังมีความสามารถในการบา บัดน้า ทิ้งโรงงานอุตสาหกรรมได้ โดยน้า มันที่สกัดได้จากทั้งสาหร่ายและเพเลตสาหร่าย-เชื้อรามีองค์ประกอบที่
คล้ายกับของน้า มันพืชเช่น น้า มันปาล์ม คาดว่าผลการวิจัยนี้จะเป็นประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมก๊าซ
ชีวภาพ และการพัฒนาอุตสาหกรรมการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากสาหร่า
Use of whey lactose from dairy industry for economical kefiran production by Lactobacillus kefiranofaciens in mixed cultures with yeasts
No full text
- …
