การผลิตน้ำตาลรีดิวซ์...
TRANSCRIPT
91
ฉบบท 75 ปท 24 มกราคม - มนาคม 2554
การผลตนำตาลรดวซ จากซางขาวฟางหวาน โดยกระบวนการไฮโดรไลซสดวยกรด
Reducing Sugar Production from Sweet Sorghum Bagasse by Acid Hydrolysis
นนทกา คลายชม, เพญจตร ศรนพคณ * และ อนสษฐ ธนะพมพเมธา* Nuntika Klaichom, Penjit Srinophakun* and Anusith Thanapimmetha*
ศนยความเปนเลศแหงชาตดานปโตรเลยมปโตรเคมและวสดขนสง ภาควชาวศวกรรมเคม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตบางเขน
บทคดยอ
โครงงานวจยนศกษาการผลตนำตาลรดวซจากซางขาวฟางหวานโดยกระบวนการไฮโดรไลซส ดวยกรดพบวาองคประกอบสำคญ ไดแก เฮมเซลลโลส 25.42 เซลลโลส 58.23 และลกนน 14.95เปอรเซนตนำหนกแหง จากนนทำการปรบสภาพซางขาวฟางหวานดวยโซเดยมไฮดรอกไซด 10เปอรเซนตโดยนำหนก เพอกำจดลกนนพบวามปรมาณของเซลลโลสเพมขนเปน 90.37 และมปรมาณของเฮมเซลลโลส และลกนน ลดลงเปน 5.97 และ 3.56 เปอรเซนตนำหนกแหง ตามลำดบ จากนน นำซางขาวฟางหวานทผานการปรบสภาพแลวมาหาสภาวะทเหมาะสมตอการผลตนำตาลรดวซโดย กระบวนการไฮโดรไลซสดวยกรดทอณหภม 121 องศาเซลเซยส และทำการออกแบบการทดลองดวยวธ Box-Behnken เพอหาสภาวะทเหมาะสมในการไฮโดรไลซสและสมการความสมพนธของปจจยตางๆทมผลตอปรมาณนำตาลรดวซ โดยปจจยทศกษา ไดแก ความเขมขนกรดซลฟวรก เวลาทใชในการไฮโดรไลซส และสดสวนซางขาวฟางหวานตอสารละลายกรดซลฟวรกพบวา สภาวะทเหมาะสมตอการผลตนำตาล รดวซคอ ความเขมขนของกรดซลฟวรกท 21.44 เปอรเซนตนำหนกโดยปรมาตร เวลาทใชในการ ไฮโดรไลซส 72.34 นาท และสดสวนของซางขาวฟางหวานตอสารละลายกรดซลฟวรกเทากบ 1:19.3 กรมตอมลลลตร จะไดปรมาณนำตาลรดวซเทากบ 34.97 เปอรเซนตกรมตอกรมนำหนกแหง และเมอ ทำการเปรยบเทยบปรมาณนำตาลรดวซจากสมการทไดจากการออกแบบการทดลองกบการทดลองจรง พบวานำตาลรดวซทไดจากการทดลองมคานอยกวาคาจากสมการเทากบ4.23เปอรเซนต
* Corresponding author. Tel.: +66942-8555 ext. 1234; fax: +66561-4621
E-mail address: [email protected] (A. Thanapimmetha) [email protected] (P. Srinophakun)
วศวกรรมสาร มก. 92
คำนำ (Introduction)
เชอเพลงชวภาพเปนอกทางเลอกหนงของ
พลงงานทดแทน โดยเฉพาะเอทานอล ทไดจาก
กระบวนการเทคโนโลยชวภาพ โดยใชนำตาลรดวซ
ทไดจากการเปลยนแปง หรอเซลลโลสทเปนองค-
ประกอบหลกอยในโครงสรางของพช เขาสกระบวน-
การหมกไดเปนเอทานอล
ขาวฟางหวาน (Sweet Sorghum หรอ
Sorgo) มชอวทยาศาสตรวา Sorghum bicolor
(Linn) Moench เปนพชทใชประโยชนไดหลาก
หลาย เชน ผลตเอทานอล นำเชอม และอาหารสตว
จดเปนพชทมอายการเกบเกยวสนจงปลกไดปละ
หลายครง มปรมาณนำตาลในลำตนใกลเคยงกบ
ออย จดเปนพชทมคณสมบตทนแลงไดดและให
ผลผลตชวมวลสง (ประสทธ, 2549)
ในแตละปมวสดเหลอทงจากการเกษตรเปน
จำนวนมาก ซางขาวฟางหวานกเปนพชอกชนดหนง
ทเหลอในปรมาณมากเชนกน ซงปจจบนยงไมม
การนำซางขาวฟางหวานไปใชประโยชนเทาทควร
จงมการคดนำซางขาวฟางหวานมาเพมมลคาโดย
ใชเปนวตถดบในอตสาหกรรมผลตเอทานอล
การไฮโดรไลซส (Hydrolysis) เปนการยอย-
สลายโพลเมอรของนำตาล หรอโมโนแซคคาไรค
ใหสนลง สามารถทำได 2 วธ โดยวธแรกคอ การ
ไฮโดรไลซสดวยสารเคม ซงแบงไดเปนการไฮโดร-
ไลซสดวยกรด และการไฮโดรไลซสดวยดาง ในงาน
Key words
Sweet Sorghum Bagasse, Acid Hydrolysis, Reducing Sugars, Box-Behnken Design
Abstract
The production of reducing sugars from sweet sorghum bagasse by acid hydrolysis was investigated. Sweet sorghum bagasse used in this study contained 25.42%hemicelluloses, 58.23% celluloses and 14.95% lignin. A chemical pretreatment processwas applied to remove lignin using 10% (w/v)NaOH. The results show that after thepretreatment bagasse composes of 90.37% cellulose, 5.97% hemicellulose and 3.56%lignin.ThenthestudyemployedtheresponsesurfaceBox-Behnkendesignstooptimizethe hydrolysis conditions. Thematerialwas hydrolyzedwith sulfuric acid at differentconcentration,hydrolysistimeandtheratioofbagassetosulfuricacidsolutionat121 C in an autoclave to obtain reducing sugar. The optimal conditions,which obtained thehighestreducingsugaryieldof34.97%g/gdryweight,wereperformedat21.44%(w/v)H2SO4 , 72.34minutes and 1:19.3 (g/ml) bagasse and sulfuric acid ratio. The deviationvaluebetweenmodelpredictedandtheexperimentalresultswas4.23%.
การผลตนำตาลรดวซจากซางขาวฟางหวาน โดยกระบวนการไฮโดรไลซสดวยกรด 93
ฉบบท 75 ปท 24 มกราคม - มนาคม 2554
วจยของ Dawson และ Boopathy (2006) ได
ทำการเปรยบเทยบปรมาณเอทานอลทไดจาก
การไฮโดรไลซสดวยกรดและดาง พบวาปรมาณ
เอทานอลทไดจากการไฮโดรไลซสดวยกรดมปรมาณ
สงกวาดางเกอบประมาณ 3 เทา และยงพบวาม
การใชดางเปนสารเคมในการปรบสภาพวตถดบ
มากกวา อกทงในงานวจยสวนมากนยมใชกรดใน
การไฮโดรไลซส เนองจากทำไดงาย และเวลาทใช
ทำปฏกรยาสน (Chandel และคณะ, 2006) เชน
Tellez-Luis และคณะ ป ค.ศ. 2002 ไดทำการ
ศกษากระบวนการไฮโดรไลซสซางขาวฟางหวาน
ดวยกรดซลฟวรก เพอทจะผลตไซลทอล พบวา ท
ความเขมขนของกรดซลฟวรก 2 เปอรเซนตโดย
ปรมาตรอณหภม 122 องศาเซลเซยส เปนเวลา 71
นาท จะไดปรมาณผลผลตเปนนำตาลไซโลส 18.17
กรมตอลตร นำตาลกลโคส 6.73 กรมตอลตร
เฟอรฟวรอล 0.9 กรมตอลตร และกรดอะซตก
1.51 กรมตอลตร วธทสองคอ การไฮโดรไลซสดวย
เอนไซม Jingyang และคณะ ป ค.ศ. 2008 ได
ทำการเปรยบเทยบปรมาณเอทานอลทผลตได
จากซางขาวฟางหวานทผานการไฮโดรไลซสดวย
กรดฟอสฟอรกกบการไฮโดรไลซสดวยเอนไซม
พบวาปรมาณเอทานอลทไดจากการหมกนำตาล
รดวซทผานการไฮโดรไลซสดวยกรดมคา 14.5 กรม
ตอลตร ในขณะทปรมาณเอทานอลทไดจากการ
ไฮโดรไลซสดวยเอนไซม จะใหปรมาณเอทานอล
เพยง 5.4 กรมตอลตรเทานน
การปรบสภาพวตถดบ มวตถประสงคเพอ
กำจดลกนน และเปนการปรบโครงสรางของเซลลโลส
ใหอยในสภาพทเหมาะสมตอการไฮโดรไลซส โดย
ในงานวจยของ Krishna และ Chowdary (2000)
พบวาในการปรบสภาพจะชวยกำจดลกนน อกทง
เปนการลดโครงสรางทมลกษณะเปนผลกของ
เซลลโลสและชวยเพมพนทผวในการเขาทำปฏกรยา
ดงนนวตถประสงคของงานวจยนกเพอทจะ
ศกษาความเปนไปไดในการผลต เอทานอลจากซาง
ขาวฟางหวาน รวมทงศกษาหาสภาวะทเหมาะสม
ตอการผลตนำตาลรดวซ โดยการใชวธทางสถต
มาชวยในการวเคราะหผล ซงปจจยทศกษาไดแก
ความเขมขนของกรด เวลาทใชในการทำปฏกรยา
และสดสวนของของซางขาวฟางหวานตอสารละลาย
กรด เปนตน
วสดและวธการ (Materials and Methods)
>> วสด
ซางขาวฟางหวานทนำมาศกษาไดรบความ
อนเคราะหจากศนยวจยขาวโพดและขาวฟาง
แหงชาต (ไรสวรรณ) อ.ปากชอง จ.นครราชสมา
การเตรยมวตถดบทำโดยนำซางขาวฟางหวานมา
หนเปนชนขนาดเลก แลวนำไปอบทอณหภม 65
องศาเซลเซยส เปนเวลา 2 วน จนนำหนกคงท
จากนนนำมาลดขนาดดวยเครองบด และทำการ
ศกษาองคประกอบของซางขาวฟางหวาน ดงน
เฮมเซลลโลส เซลลโลส ลกนน และเถา ดวยเครอง
วเคราะหปรมาณเยอใย ตามวธของ Romero และ
คณะ (2009)
>> วธการปรบสภาพซางขาวฟางหวาน ดวยดางทความเขมขนตางๆ
นำซางขาวฟางหวานทผานการลดขนาดมา
ทำการปรบสภาพดวยโซเดยมไฮดรอกไซดทความ
เขมขนตางๆ ดงน 5 10 และ 15 เปอรเซนตโดย
นำหนก ทอณหภม 121 องศาเซลเซยส เปนเวลา
25 นาท จากนนนำซางขาวฟางหวานมาลางดวย
นำกลนใหไดคาความเปนกรด - ดางเทากบ 7 แลว
วศวกรรมสาร มก. 94
นำไปอบทอณหภม 65 องศาเซลเซยส จนกระทง
นำหนกคงท จากนนนำซางขาวฟางหวานทผานการ
ปรบสภาพมาวเคราะหองคประกอบ และทำการ
เปรยบเทยบองคประกอบของซางขาวฟางหวานกอน
และหลงการปรบสภาพดวยโซเดยมไฮดรอกไซดท
ความเขมขนตางๆ
>> วธการไฮโดรไลซส เพอศกษาหาสภาวะ ทเหมาะสมตอการผลตนำตาลรดวซ โดยทำการออกแบบการทดลองดวยวธ Box-Behnken
ในงานวจยของขวญสดา (2549) กบรตตยาพร
และศตาภา (2553) กลาววาอณหภมเปนปจจย
ทมผลมากทสดตอการผลตนำตาลรดวซ โดยเมอ
อณหภมเพมขนจะสงผลใหปรมาณนำตาลรดวซ
เพมขนดวย แตเนองจากขอจำกดของเครองมอ
ทใชในงานวจยจงไมสามารถเพมอณหภมในการ
ไฮโดรไลซสได ดงนนในงานวจยนจงใชอณหภม
121 องศาเซลเซยสในการทดลอง จากนนทำการ
ออกแบบการทดลองโดยวธ Box-Behnken ในการ
ไฮโดรไลซสดวยกรดเพอหาสภาวะทเหมาะสมตอ
การผลตนำตาลรดวซ โดยปจจยททำการศกษาไดแก
ความเขมขนของกรดซลฟวรก 15-55 เปอรเซนต
นำหนกตอปรมาตร เวลาทใชในการไฮโดรไลซส 40-
120 นาท และสดสวนของซางขาวฟางหวานตอสาร
ละลายกรดซลฟวรก 1:10-1:30 กรมตอมลลลตร
จากนนวเคราะหปรมาณนำตาลรดวซดวยวธ DNS
ตามวธของ Miller (1959) นำคาทไดมาวเคราะห
ผลทางสถต สรางกราฟพนผวการตอบสนอง และ
หาสมการเพอทำนายปรมาณนำตาลรดวซจาก
การไฮโดรไลซส ทำการทดลองเพอเปรยบเทยบผล
โดยนำคาท ไดจากสมการทางคณตศาสตรมา
เปรยบเทยบกบคาทไดจากการทดลอง
ผลการทดลองและวจารณ (Results and Discussion)
>> องคประกอบของซางขาวฟางหวาน
จากการว เคราะหองคประกอบของซาง
ขาวฟางหวานกอนการปรบสภาพดวยโซเดยม-
ไฮดรอกไซด พบวาซางขาวฟางหวาน กอนปรบสภาพ
ดงแสดงในตารางท 1 มปรมาณของเซลลโลส
เฮมเซลลโลส ลกนน และเถา เทากบ 58.23, 25.42,
14.95 และ 1.40 เปอรเซนตนำหนกแหง ตามลำดบ
เมอพจารณาเปรยบเทยบองคประกอบของซาง
ขาวฟางหวานกบวสดในกลมทนยมใชในการผลต
เอทานอล เชน ชานออย ฟางขาว ซงขาวโพด พบวา
มปรมาณของเซลลโลสทใกลเคยงกน ดงนนจง
เหนวาซางขาวฟางหวานมความเหมาะสมทจะนำ
มาใชในการผลตเอทานอลได
>> การปรบสภาพซางขาวฟางหวานให เหมาะสมตอการไฮโดรไลซสดวยดาง ทความเขมขนตางๆ
จากงานวจยกอนหนานของนนทกา (2552)
ไดศกษากระบวนการไฮโดรไลซสดวยกรดของ
ซางขาวฟางหวานทไมไดผานการปรบสภาพ พบวา
ปรมาณนำตาลรดวซเมอผานการไฮโดรไลซสเทากบ
19.67 เปอรเซนตกรมตอกรมนำหนกแหง ซงผวจย
เสนอวาควรทำการปรบสภาพวตถดบกอนไฮโดร-
ไลซส เพอเพมพนทผวในการทำปฏกรยาไฮโดรไลซส
ของเซลลโลส โดยคาดวาปรมาณนำตาลรดวซทได
นาจะมคาทมากขน ทำใหซางขาวฟางหวานมความ
เปนไปไดสงทจะนำไปผลตเอทานอล ซงผลการ
ทดลองแสดงในตารางท 1
การผลตนำตาลรดวซจากซางขาวฟางหวาน โดยกระบวนการไฮโดรไลซสดวยกรด 95
ฉบบท 75 ปท 24 มกราคม - มนาคม 2554
เซลลโลส 58.23 86.18 90.37 91.10
เฮมเซลลโลส 25.42 9.70 5.97 5.82
ลกนน 14.95 3.97 3.56 2.97
เถา 1.40 0.15 0.10 0.11 จากรปท 1 (ก) จะเหนวาซางขาวฟางหวาน
จะมลกษณะพนผวท เรยบ มโครงสรางท เรยง
ตวอยางหนาแนนและแขงแรง แตเมอพจารณา
รปท 1 (ข) โครงสรางเรมจดเรยงตวไมเปนระเบยบ
เนองจากโซเดยมไฮดรอกไซดเขาไปทำลายโครงสราง
ของลกนนทปกคลมอยภายนอกดงนนการปรบ
สภาพจงชวยใหวตถดบอยในสภาพทงายตอการ
ไฮโดรไลซส
>> การไฮโดรไลซส
1. ผลการศกษาหาสภาวะทเหมาะสมตอ การผลตนำตาลรดวซโดยออกแบบ การทดลองดวยวธBox-Behnken
ทำการออกแบบการทดลองโดยวธ Box-
Behnken เพอหาสภาวะทเหมาะสม ตอการผลต
นำตาลรดวซ โดยใชอณหภมท 121 องศาเซลเซยส
ในการทดลอง จากนนทำการศกษาความเขมขน
ของกรดซลฟวรกระหวาง 15-55 เปอรเซนตโดย
ปรมาตร เวลาในการไฮโดรไลซส 40-120 นาท และ
สดสวนของซางขาวฟางหวานตอสารละลายกรด
ซลฟวรก 1:10-1:30 กรมตอมลลลตร ผลการศกษา
แสดงในตารางท 2
ผลการปรบสภาพซางขาวฟางหวานดวย
โซเดยมไฮดรอกไซดทความเขมขน 5 10 และ 15
เปอรเซนตโดยนำหนก พบวาทความเขมขนตางกน
สงผลใหองคประกอบซางขาวฟางหวานตางกนดวย
คอเมอเพมความเขมขนของโซเดยมไฮดรอกไซด
จะทำใหปรมาณของเซลลโลสเพมขน ในขณะท
ปรมาณของเฮมเซลลโลส และลกนนลดลง
เมอเปรยบเทยบซางขาวฟางหวานทผานการ
ปรบสภาพดวยโซเดยมไฮดรอกไซดความเขมขน 10
และ 15 เปอรเซนตโดยนำหนก พบวาปรมาณของ
เซลลโลสจะเพมขนเพยง 0.73 เปอรเซนตเทานน
ดงนนจงเลอกซางขาวฟางหวานทถกปรบสภาพดวย
โซเดยมไฮดรอกไซด 10 เปอรเซนตโดยนำหนกไป
ใชในกระบวนการไฮโดรไลซสตอไป โดยโครงสราง
และพนผวของซางขาวฟางหวานทปรบสภาพดวย
โซเดยมไฮดรอกไซด 10 เปอรเซนตโดยนำหนก
แสดงดงรปท 1 (ก) และ 1 (ข)
กอน ปรบ 5 10 15 สภาพ
ตารางท 1 องคประกอบของซางขาวฟางหวานท ผานการปรบสภาพดวยดางทความ เขมขนตางๆ
(ก) (ข)
รปท 1 โครงสราง และพนผวของซางขาวฟางหวาน
เมอสองดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอน
(SEM) กำลงขยาย 2,000 เทา (ก) กอน
ปรบสภาพ (ข) หลงปรบสภาพ
องค ประกอบ
ความเขมขนของ โซเดยมไฮดรอกไซด
(เปอรเซนตโดยนำหนก)
วศวกรรมสาร มก. 96
2.ผลการวเคราะหอทธพลของตวแปรอสระ ตอปรมาณนำตาลรดวซ
การวเคราะหอทธพลของตวแปรอสระตอ
ปรมาณนำตาลรดวซ สามารถวเคราะหความสมพนธ
ของตวแปรตางๆ ไดในรปของ Surface Plot และ
Contour Plot ดงรปท 2 ถง 4 ดงน
เมอพจารณารปท 2 (ก) และ (ข) แลวนน
จะเหนไดวา อทธพลของความเขมขนกรดซลฟวรก
มผลตอปรมาณนำตาลรดวซ โดยพบวาปรมาณ
ตารางท 2 ปรมาณนำตาลรดวซทไดจากการทดลองศกษาสภาวะทเหมาะสมของการไฮโดรไลซสดวยกรด ซลฟวรก โดยวธ Box-Behnken
1 15 1:10 80 26.57 29 29.81 28.46 1.69 2 55 1:10 80 15.39 16.53 18.79 16.9 1.73 3 15 1:30 80 26.03 23.28 25.65 24.99 1.49 4 55 1:30 80 7.24 5.78 6.59 6.53 0.73 5 15 1:20 40 22.6 23.82 22.76 23.06 0.66 6 55 1:20 40 12.56 14.42 12.07 13.01 1.24 7 15 1:20 120 26.89 28.03 27.14 27.35 0.6 8 55 1:20 120 6.56 8.42 8.26 7.75 1.03 9 35 1:10 40 25.76 27.22 24.46 25.81 1.38 10 35 1:30 40 18.85 17.88 17.55 18.09 0.67 11 35 1:10 120 19.44 21.22 20.41 20.36 0.89 12 35 1:30 120 12.21 12.8 11.72 12.24 0.54 13 35 1:20 80 31.92 28.84 32.56 31.11 1.99 14 35 1:20 80 30.30 27.87 31.27 29.81 1.75 15 35 1:20 80 31.27 29 29.49 29.92 1.19
Run H R T ปรมาณนำตาลรดวซ*
SD 1 2 3 เฉลย
หมายเหต * เปอรเซนตกรมตอกรมนำหนกแหง
H = ความเขมขนของกรดซลฟวรก (เปอรเซนตโดยปรมาตร)
T = เวลาทใชในการไฮโดรไลซส (นาท)
R = สดสวนซางขาวฟางหวานตอสารละลายกรดซลฟวรก (กรมตอมลลลตร)
นำตาลรดวซจะมคาเพมขนเมอความเขมขนของกรด
ซลฟวรกเพมขนจาก 15 ถง 35 เปอรเซนตนำหนก
โดยปรมาตร ในทางกลบกนหากเพมความเขมขน
กรดซลฟวรกมากกวา 35 เปอรเซนตนำหนกโดย
ปรมาตร พบวาปรมาณนำตาลรดวซมคาลดลง
เนองจากปรมาณความเขมขนของกรดทมากเกนไป
จะไปทำลายโครงสรางของนำตาลรดวซเกดเปนสาร
ประกอบทเปนพษเชน อนพนธของฟแรน เฟอร-
ฟวรอล 5-ไฮดรอกซเมทธลเฟอรฟวรอล และสาร
ประกอบฟโนลก (Palmqvist และ Hahn-Hagerdal,
การผลตนำตาลรดวซจากซางขาวฟางหวาน โดยกระบวนการไฮโดรไลซสดวยกรด 97
ฉบบท 75 ปท 24 มกราคม - มนาคม 2554
(ก) (ข)
(ก) (ข)
(ก) (ข)
รปท 2 อทธพลของความเขมขนของกรดซลฟวรกกบสดสวนซางขาวฟางหวานตอสารละลายกรดซลฟวรก
ตอปรมาณนำตาลรดวซ
รปท 3 อทธพลของความเขมขนของกรดซลฟวรกกบเวลาทใชในการไฮโดรไลซสตอปรมาณนำตาลรดวซ
รปท 4 อทธพลของเวลาในการไฮโดรไลซสกบสดสวนซางขาวฟางหวานตอสารละลายกรดซลฟวรกตอ
ปรมาณนำตาลรดวซ
วศวกรรมสาร มก. 98
Term Coef p-value
Constant -24.5581 0.027
%H2SO4 (H) 1.1226 0.003
Solid-liquid Ratio (R) 1.1375 0.007
Time (T) 0.7000 0.001
%H2SO4*%H2SO4 (H2) -0.0155 0.001
Solid-liquid Ratio*Solid-liquid
Ratio (R2) -0.0175 0.003
Time*Time (T2) -0.0039 0.001
%H2SO4*Solid-liquid Ratio (HR) -0.0052 0.102
%H2SO4*Time (HT) -0.0030 0.039
Solid-liquid Ratio*Time (RT) -0.0001 0.913
1999) โดยดงโมเลกลของไฮโดรเจน และออกซเจน
ออกจากโมเลกลของนำตาล จงทำใหปรมาณนำตาล
รดวซลดลง (ดษฎ, 2550)
เมอพจารณารปท 3 (ก) และ (ข) ประกอบกน
จะเหนไดวา อทธพลของเวลาทใชในการไฮโดรไลซส
มผลตอปรมาณนำตาลรดวซ คอปรมาณนำตาล
รดวซจะเพมขนเมอเวลาในการไฮโดรไลซสเพมขน
ตงแตในชวง 40 ถง 80 นาท แตถาเพมเวลาในการ
ไฮโดรไลซสมากกวา 80 นาท พบวาปรมาณนำตาล
รดวซมคาลดลง เปนเพราะเกดสารประกอบทเปน
พษคอ เฟอรฟวรอล และสารประกอบฟโนลก โดย
ปรมาณของสารประกอบดงกลาวจะเพมสงขนตาม
ระยะเวลาในการไฮโดรไลซส ซงในงานวจยของ
Aguilar และคณะ ป ค.ศ. 2002 ไดกลาวไววา
ความเขมขนของกรดกบระยะเวลาในการไฮโดรไลซส
มผลตอการเกดสารประกอบดงกลาว
เมอพจารณารปท 4 (ก) และ (ข) พบวา
ปรมาณนำตาลรดวซจะเพมขนเมอสดสวนของ
ซางขาวฟางหวานตอสารละลายกรดเพมขนจาก
1:10 ถง 1:20 แตหากเพมสดสวนของซางขาว-
ฟางหวานตอสารละลายกรดมากกวา 1:20 กรมตอ
มลลลตร พบวาปรมาณนำตาลรดวซมคาลดลง
3.ผลการวเคราะหความเหมาะสมของ แบบจำลอง
3.1 การวเคราะหหาคาสมประสทธ
การถดถอย (βi) ของตวแบบ
การทดลอง full quadratic model สามารถ
สรางสมการแบบการทดลองไดดงน
ตารางท 3 คาสมประสทธการถดถอยของการหา สภาวะทเหมาะสมตอการผลตนำตาล รดวซโดยกระบวนการไฮโดรไลซส
หมายเหต
Coef คอ คาสมประสทธการถดถอยของแตละ
ตวแปรในสมการ full quadratic
p-value คอ ตวสถตทใชในการทดสอบสมมตฐานและ
ความนาจะเปน
โดยท β คอ คาสมประสทธการถดถอย
ของแตละตวแปรในสมการ
ซงสามารถนำแบบจำลองมาอธบายความ
สมพนธระหวางปรมาณนำตาลรดวซกบตวแปร
อสระตางๆ ได
แบบจำลอง full quadratic สามารถแสดง
คาสมประสทธการถดถอยไดดงตารางท 3 ดงน
จากตารางท 3 นำคาสมประสทธของแตละ
ตวแปรอสระมาเขยนเปนสมการท (2) เพอแสดง
ความสมพนธระหวางปรมาณนำตาลรดวซ (เปอรเซนต
กรมตอกรมนำหนกแหง) และตวแปรอสระตางๆ ได
ดงน
(1)
การผลตนำตาลรดวซจากซางขาวฟางหวาน โดยกระบวนการไฮโดรไลซสดวยกรด 99
ฉบบท 75 ปท 24 มกราคม - มนาคม 2554
Source DF SS MS F p
Regression 9 2024.63 224.959 38.49 0.000
Residual 5 29.22 5.844
Error
Total 14 2053.85
R-Sq = 98.6% R-Sq(adj) = 96.0%
3.2 การวเคราะหความแปรปรวน
(ANOVA) และคาสมประสทธ
การตดสนใจ (R2)
H0 : β1, β2,.., β9 = 0 ตวแปรอสระ
ทกตวไมมอทธพลตอตวแปรตาม
H1 : β1, β2,.., β9 ≠ 0 มตวแปรอสระ
อยางนอยหนงตวทมอทธพลตอตวแปรตาม
จะปฏเสธ H0 กตอเมอคา p-value ของ
ตวแปรอสระมคานอยกวาระดบนยสำคญทกำหนด
โดยไดกำหนดใหคานยสำคญมคาเทากบ 0.05 เมอ
พจารณาสวนของ Interaction terms ไดแก HR
HT และ RT จากตารางท 3 พบวาคา p-value ของ
HR และ RT มคามากกวา 0.05 แสดงวาความ
สมพนธระหวางปรมาณนำตาลรดวซกบตวแปร
อสระ HR และ RT มคานยสำคญทระดบความ
เชอมนตำกวา 95 เปอรเซนต ดงนนเมอพจารณา
ความสำคญของตวแปรในแตละเทอม จะสามารถ
ลดรปสมการไดดงน
ปรมาณนำตาลรดวซ = -24.5581+1.1226H
+1.1375R +0.7000T-0.0155H2-0.0175R2-
0.0039T2-0.0052HR-0.0030HT-0.0001RT (2)
การวเคราะหคาความแปรปรวนจะใชอธบาย
แบบจำลอง full quadratic วามความเชอถอไดและ
มความเหมาะสมหรอไม โดยจากตารางท 4 พบวา
คาแจกแจงปกต (F-test) ของแบบจำลองมคา
เทากบ 38.49 (p<0.05) และมคาสมประสทธการ
ตดสนใจททำการปรบคาแลวสงถง 96 เปอรเซนต
ดงนนแสดงวาแบบจำลองมความเหมาะสมใน
การนำมาเปนตวแบบอธบายผลการทดลอง
3.3 การวเคราะหนยสำคญของ
คาสมประสทธการถดถอย (βi)
ของแตละตวแปรอสระ
เปนการทดสอบสมมตฐานเกยวกบคา
สมประสทธการถดถอยของตวแปรอสระทไดจาก
ตารางท 3 เพอเปนการทดสอบวาตวแปรอสระ
แตละตวในสมการท (2) นนมอทธพลตอปรมาณ
นำตาลรดวซหรอไม
ทำการกำหนดสมมตฐานโดย
ตารางท 4 ตารางวเคราะหความแปรปรวน
ปรมาณนำตาลรดวซ = -24.5581+1.1226H+
1.1375R+0.7000T-0.0155H2-0.0175R2-
0.0039T2-0.0030HT (3)
4. ผลการวเคราะหหาสภาวะทเหมาะสม สำหรบการทดลอง
เปนการนำเอาเทคนคทเรยกวา Simultaneous
Optimization Technique มาใชในการวเคราะห
หาสภาวะทเหมาะสม ซงจะแสดงผลออกมาดงรป
ท 5 โดยการหาสภาวะทเหมาะสมกเพอเปนการ
ยนยนวาสามารถนำสมการมาใชในการพยากรณ
ปรมาณนำตาลรดวซไดหรอไม
สภาวะทเหมาะสมในการไฮโดรไลซสตอ
การผลตนำตาลรดวซทไดจากวธ Box-Behnken
แสดงในรปท 5 พบวาสภาวะทเหมาะสมคอ ทความ
เขมขนของกรดซลฟวรก 21.44 เปอรเซนตนำหนก
โดยปรมาตร เวลาทใชในการไฮโดรไลซส 72.34 นาท
วศวกรรมสาร มก. 100
และสดสวนของซางขาวฟางหวานตอสารละลายกรด
เปน 1:19.3 กรมตอมลลลตร จากนนนำคาสภาวะ
ทเหมาะสมนไปทำการทดลอง และเปรยบเทยบ
คาปรมาณนำตาลรดวซทไดกบสมการท (3) พบวา
จะไดปรมาณนำตาลรดวซจากการทดลองเทากบ
33.49±0.92 เปอรเซนตกรมตอกรมนำหนกแหง
สวนปรมาณนำตาลรดวซทไดจากการคำนวณตาม
สมการจะมคาเทากบ 34.97 เปอรเซนตกรมตอกรม
นำหนกแหง และเมอทำการเปรยบเทยบคาปรมาณ
นำตาลรดวซทได พบวาคาความคลาดเคลอนจาก
การคำนวณตามสมการและผลการทดลองจรงจะม
คาเทากบ 4.23 เปอรเซนต ซงคาความคลาดเคลอน
ทยอมรบไดไมควรมากเกน 5 เปอรเซนต ดงนน
จงอนมานไดวาสมการท (3) สามารถนำมาใชเปน
สมการตวแบบในการพยากรณปรมาณนำตาล
รดวซได
สรปผลการทดลอง (Conclusions)
ทำการเปรยบเทยบองคประกอบของซาง
ขาวฟางหวาน ไดแก เฮมเซลลโลส เซลลโลส และ
ลกนน กอนและหลงการปรบสภาพดวยโซเดยม-
ไฮดรอกไซด ผลจากการวเคราะหพบวาหลงการ
ปรบสภาพ ปรมาณของเซลลโลสเพมขนเปน 2 เทา
ของปรมาณเซลลโลสเรมตน และในสวนของปรมาณ
ลกนนจะลดลง 3 เทาของปรมาณลกนนเรมตน
ทำใหสรปไดวาการปรบสภาพวตถดบจะชวยกำจด
ลกนนทหมเซลลโลส มผลใหปรมาณเซลลโลสเพมขน
และจากปรมาณเซลลโลสทสงถง 90 เปอรเซนต
ทำใหมความเปนไปไดในการนำไปเปนวตถดบเพอ
ผลตนำตาลรดวซ และใชเปนสารตงตนในการผลต
เอทานอลตอไป จากการนำซางขาวฟางหวานทผาน
การปรบสภาพมาศกษาหาสภาวะทเหมาะสมในการ
ผลตนำตาลรดวซในกระบวนการไฮโดรไลซสดวย
กรดซลฟรก โดยออกแบบการทดลองดวยวธ Box-
Behnken พบวาสภาวะทเหมาะสมตอการผลต
นำตาลรดวซ คอ ทความเขมขนของกรดซลฟวรก
21.44 เปอรเซนตนำหนกโดยปรมาตร เวลาทใช
ในการไฮโดรไลซส 72.34 นาท และสดสวนของซาง
ขาวฟางหวานตอสารละลายกรดซลฟวรก 1:19.3
กรมตอมลลลตร จะไดปรมาณนำตาลรดวซเทากบ
34.97 เปอรเซนตกรมตอกรมนำหนกแหง ผลจากการ
วเคราะหทางสถตสามารถสรางสมการแสดงความ
สมพนธระหวางปรมาณนำตาลรดวซ (เปอรเซนต
กรมตอกรมนำหนกแหง) กบตวแปรอสระตางๆ ได
ดงสมการดงน
รปท 5 สภาวะทเหมาะสมตอการผลตนำตาลรดวซ
ปรมาณนำตาลรดวซ = -24.5581+1.1226H+
1.1375R+0.7000T-0.0155H2-0.0175R2-
0.0039T2-0.0030HT
เมอเปรยบเทยบองคประกอบของซางขาว-
ฟางหวานหลงการปรบสภาพ และปรมาณนำตาล
รดวซทไดจากการไฮโดรไลซสกบวสดทางการเกษตร
ชนดอนทใชในการผลตเอทานอลแลว ทำใหซางขาว-
ฟางหวานมความเปนไปไดในการใชเปนวตถดบ
ในการผลตเอทานอล
การผลตนำตาลรดวซจากซางขาวฟางหวาน โดยกระบวนการไฮโดรไลซสดวยกรด 101
ฉบบท 75 ปท 24 มกราคม - มนาคม 2554
กตตกรรมประกาศ (Acknowledgement)
ขอขอบคณสถาบนวจย และพฒนาแหง
มหาวทยาลยเกษตรศาสตร (KURDI) ศนยความ
เปนเลศแหงชาตดานปโตรเลยม ปโตรเคม และวสด
ขนสง และบณฑตวทยาลย มหาวทยาลยเกษตร-
ศาสตร ทใหการสนบสนนทนวจย ขอขอบคณ
ศนยวจยขาวโพดและขาวฟางแหงชาต (ไรสวรรณ)
ทใหความอนเคราะหซางขางฟางหวานมาใชใน
งานวจย ขอขอบคณหองปฏบตการวศวกรรมชว
กระบวนการ และภาควชาวศวกรรมเคม มหาวทยาลย
เกษตรศาสตร ท เออเฟอสถานท เครองมอและ
อปกรณตางๆ
เอกสารอางอง (References)
1. ขวญสดา อนอน. (2549). การยอยชานออยดวยวธทางเคมเพอการผลตเอทานอล. วทยานพนธ
มหาวทยาลยขอนแกน.
2. ดษฎ อตภาพ. (2550). Carbohydrate technology. Division of biochemical technology, School
of bioresources and technology, King Mongkut’s University of Technology.
3. นนทกา คลายชม, อนสษฐ ธนะพมพเมธาและเพญจตร ศรนพคณ. (2552). การผลตนำตาลรดวซจาก
ซางขาวฟางหวานโดยกระบวนการไฮโดรไลซสดวยกรด. การประชมวชาการมหาวทยาลยเกษตรศาสตร
วทยาเขตกำแพงแสนครงท 6, 8-9 ธนวาคม 2552.
4. ประสทธ ใจศล. (2549). ขาวฟางหวานพนธ มข.40 เพอผลตเอทานอล. ศนยวจยปรบปรงพนธพช
เพอการเกษตรทยงยน. คณะเกษตรศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน.
5. รตตยาพร รอดเจรญ และศตาภา พรหมศร. (2553). การผลตนำตาลรดวซจากซางขาวฟางหวานโดย
กระบวนการไฮโดร ไลซสดวยกรด. วศวกรรมเคม มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตบางเขน
กรงเทพฯ.
6. Aguilar, R., Ramirez, J.A., Garrote, G. and Vazquez, M. (2002). Kinetic Study of The Acid
Hydrolysis of Sugarcane Bagasse. J. Food Eng V. 55: 309-318.
7. Chandel, A.M., Kapoor, R.K., Singh, A. and Kuhad, R.C. (2006). Detoxi-fication of Sugarcane
Bagasse Hydrolysate Improves Ethanol Production by Candida shehatae NCIM 3501.
Bioresource Tech V. 98: 1947-1950.
8. Dawson, L. and Boopathy, R. (2006). Use of Post-Harvest Sugarcane Residue for Ethanol
Production. Bioresource Tech V. 98: 1695-1699.
วศวกรรมสาร มก. 102
9. Jingyang, B., Jianliang, Y., Zhang, X. and Tianwei, T. (2008). Ethanol Production from Sweet
Sorghum Residual. College of Life Science and Technology V. 4: 452-455.
10. Krishna S.H. and Chowdary G.V. (2000). Optimization of Simultaneous Saccharification and
Fermentation for Production of Ethanol from Lignocellulosic Biomass. J. Agri and Food Chem
V. 48: 1971-1976.
11. Miller G.L. (1959). Use of Dinitrosalicylic Acid Reagent for Determination of Reducing Sugars.
Anal Chem V. 31: 426-429.
12. Palmqvist, E. and Hahn-Hagerdal, B. (2002). Fermentation of Lignocel-lulosic Hydrolysates.
I: Inhibition and Detoxification. Bioresource Tech V. 74: 17-24.
13. Romero, I., Ruiz, E., Castro, E. and Moya, M. (2009). Acid Hydrolysis of Olive Tree Biomass.
J. Chem Eng Res and Des,doi: 10.1016/j.cherd. 2009.10.007.
14. Tellez-Luis, S.J., Ramirez, J.A. and Vazquez, M. (2002). Mathematical Modeling of Hemicellulosic
Sugar Production from Sorghum Straw. J. Food Eng V. 52: 285-291.