Title	การผลิตสาร 1,3-โพรเพนไดออลจากกลีเซอรอลจากกระบวนการผลิตไบโอดีเซลโดย Clostridium butyricum DSM 5431 และการลดค่าใช้จ่ายในการผลิต โดยการปรับองค์ประกอบของอาหารเลี้ยงเชื้อ / จิรวรรณ แก้วรัตน์ = Production of 1,3-propanediol from biodiesel-based glycerol by clostridium butyricum DSM 5431 and reduction of production expense by modifying the composition of culture medium
Author	Chirawan kaewrat
Imprint	2554
Connect to	http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/28112
Descript	ก-ต, 126 แผ่น : ภาพประกอบ, แผนภูมิ

1,3-โพรเพนไดออลเป็นสารที่มีมูลค่าสูงและนิยมใช้เป็นโมโนเมอร์ในการผลิตพลาสติกที่ย่อยสลายได้และในอีกหลายอุตสาหกรรม การผลิตสาร 1,3-โพรเพนไดออลโดยวิธีทางชีวภาพอาศัยการหมักกลีเซอรอลกับจุลินทรีย์ในสภาวะไร้อากาศ ในงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาแนวทางการพัฒนากระบวนการผลิตสาร 1,3-โพรเพนไดออล จากการหมักกลีเซอรอลรวมถึงแนวทางการลดต้นทุนในการผลิต ในส่วนแรกของงานวิจัยได้ทำการศึกษาการผลิตสาร 1,3 โพรเพนไดออลจากกลีเซอรอลบริสุทธิ์และกลีเซอรอลจากกระบวนการผลิตไบโอดีเซลในระบบแบบต่อเนื่องในถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบเบดเคลื่อนที่โดยการตรึงเชื้อ C. butyricum DSM 5431 บนวัสดุตรึง BCN-009 ซึ่งพบว่าความเข้มข้นของสาร 1,3-โพรเพนไดออลสูงสุดเท่ากับ 35.86±0.19 และ 31.65±0.44 กรัมต่อลิตร อัตราการผลิตผลิตภัณฑ์เท่ากับ 10.76±0.06 และ 9.49±0.13 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง และผลได้ของผลิตภัณฑ์เท่ากับ 0.76 และ 0.70 จากการหมักกลีเซอรอลบริสุทธิ์และกลีเซอรอลจากกระบวนการผลิตไบโอดีเซลตามลำดับ เมื่อคงความเข้มข้นของกลีเซอรอลขาเข้าที่ 60 กรัมต่อลิตร และอัตราการเจือจางเท่ากับ 0.3 ชม-1 ในส่วนที่สองของงานวิจัยได้ศึกษาแนวทางการลดต้นทุนในการผลิตสาร 1,3-โพรเพนไดออล โดยการเจือจางความเข้มข้นของสูตรอาหารลดลง 5 และ 10 เท่าของสูตรอาหารเลี้ยงเชื้อเดิม ปรับความบริสุทธิ์ของอาหารโดยเปลี่ยนมาใช้อาหารเลี้ยงเชื้อที่ใช้สารเคมีเกรดโรงงาน ปรับชนิดของแหล่งไนโตรเจนในอาหารเลี้ยงเชื้อโดยเปลี่ยนจากสารสกัดยีสต์เป็นยูเรีย แอลไลซีน กากผงชูรส และแอมโมเนียมซัลเฟต และปรับสัดส่วนของสารอนินทรีย์ไนโตรเจนต่อสารอินทรีย์ไนโตรเจนในสูตรอาหารเดิมโดยคงจำนวนไนโตรเจนทั้งหมดในอาหารให้คงที่
ผลการทดลองหมักกลีเซอรอลที่ความเข้มข้นเริ่มต้นเท่ากับ 40 กรัมต่อลิตร พบว่าความเข้มข้นของสาร 1,3-โพรเพนไดออล ที่สภาวะคงตัวมีค่าเท่ากับ 19.81±0.13, 11.32±0.26, 5.28±0.11, 13.88±0.05, 15.80±0.15 10.79±0.21, 9.68±0.08, 12.79±0.21, 7.03±0.42, 10.15±0.09 และ 5.67±0.62 กรัมต่อลิตร เมื่อใช้สูตรอาหารปกติ สูตรอาหารเจือจาง 5 และ10 เท่า สูตรอาหารเกรดโรงงาน ยูเรีย แอมโมเนียมซัลเฟต แอลไลซีน กากผงชูรส สัดส่วนสารสกัดยีสต์ต่อแอมโมเนียมซัลเฟตเป็น 1:11, 1:16 และ 1:34 ตามลำดับ โดยรวมแล้วงานวิจัยนี้สามารถสรุปได้ว่าการผลิตสาร 1,3-โพรเพนไดออลโดยการหมักกลีเซอรอลจากกระบวนการผลิตไบโอดีเซลในถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบเบดเคลื่อนที่มีความเป็นไปได้ และสามารถควบคุมสภาวะความเป็นกรด-ด่างได้ดีกว่าถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบเบดนิ่ง นอกจากนี้ชนิดและความบริสุทธิ์ของกลีเซอรอลมีผลต่อการผลิตสาร 1,3-โพรเพนไดออล โดยแบคทีเรีย C. butyricum DSM 5431 ดังนั้นจึงควรกำจัดสิ่งเจือปนในกลีเซอรอลก่อนดำเนินการหมัก และผลการศึกษาการเจือจางจากสูตรอาหารปกติลง 5 และ 10 เท่าของสูตรอาหารเดิมและการปรับเปลี่ยนความบริสุทธิ์ของสารเคมีโดยใช้สารเคมีเกรดโรงงานพบว่าให้ปริมาณ 1,3-โพรเพนไดออล ลดลง ซึ่งคล้ายคลึงกับการปรับแหล่งไนโตรเจนและการปรับสัดส่วนปริมาณสารอินทรีย์ต่อสารอนินทรีย์ไนโตรเจนในอาหารเลี้ยงเชื้อ นอกจากนี้การปรับมาใช้งานอาหารเลี้ยงเชื้อจากสารเคมีเกรดโรงงานจะมีต้นทุนในการผลิตต่ำกว่าการใช้สูตรอาหารปกติและการใช้สารเคมีเกรดการวิเคราะห์มาก ซึ่งทำให้มีความเป็นไปได้ในการพัฒนาเพื่อใช้งานจริงในระดับอุตสาหกรรม
1,3-propanediol (PD) is a highly valued chemical, which is commonly used as a monomer for biodegradable plastics as well as in other industrial applications. PD production can be accomplished by glycerol fermentation with various bacteria strains under anaerobic condition. Therefore, this research aimed to study the improvement of PD production process and examined the feasibility of reducing the expense associated with the production. In the first part, the research examined the PD production by C. butyricum DSM 5431 with BCN-009 as cell carriers using pure and biodiesel based glycerol as the sole substrate. The highest PD concentrations were 35.86±0.19 g/L and 31.65±0.44 g/L with the yield of 0.76 and 0.7 for pure and biodiesel based glycerol, respectively when the bioreactor was maintained with inlet glycerol of 60 g/L and dilution rate of 0.3 hr-1. The steady state result also suggested the possibility of using biodiesel based glycerol as the substrate for this process but still recommended removing the purity before being used. In the second part, the research explored several options for reducing the PD production expense including dilution of media to 5 and 10 folds of the original formula, lowering the purity of media reagent to industrial grade, changing the nitrogen source from yeast extract to urea, L-lysine, ami-ami, and ammonium sulfate, and finally changing the mass ratio of inorganic to organic nitrogen in the original media formula to 1:11, 1:16, and 1:34, while maintaining the constant total nitrogen. The result indicated that, for the initial glycerol concentration of 40 g/L, the steady state PD concentrations were 19.81±0.13 g/L, 11.32±0.26 g/L, 5.28±0.11 g/L, 13.88±0.05 g/L, 15.80±0.15 g/L, 10.79±0.21 g/L, 9.68±0.08 g/L, 12.79±0.21 g/L, 7.03±0.42 g/L, 10.15±0.09 g/L, and 5.67±0.62 g/L for original media formula, 5-times dilution, 10-times-dilution, industrial grade reagents, urea, ammonium sulfate, L-lysine, ami-ami, 1:11 inorganic/organic nitrogen ratio, 1:16 inorganic/organic nitrogen ratio, and finally 1:34 inorganic/organic nitrogen ratio, respectively. The result also pointed out that dilution and lowering the purity of the reagents led to decreasing PD concentrations, a trend that is similar to those when changing the nitrogen source and changing the mass ratio of inorganic to organic nitrogen. In addition, using industrial grade reagents significantly reduced production cost in comparison to employing the original media formula or selecting analytical reagents, thereby suggesting the possibility of application in an actual industrial scale production.