Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/74038
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorThanongsak Chaiyaso-
dc.contributor.advisorPrasert Hanmoungjai-
dc.contributor.authorSiraprapa Srisupaen_US
dc.date.accessioned2022-09-01T16:16:54Z-
dc.date.available2022-09-01T16:16:54Z-
dc.date.issued2021-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/74038-
dc.description.abstractThermotolerant yeasts are usually employed for bioethanol production from lignocellulosic biomass due to their numerous advantages. Therefore, this study aimed to isolate, select, and screen the promising thermotolerant yeast as a platform for second generation bioethanol production. The most suitable yeast was selected based on the thermotolerant and ethanol-tolerant abilitics. Afterwards, the cthanol production from cellulose-rich comncob (CRC) hydrolysate by using the selected yeast strain was studied. Furthermore, the effect of temperature on bioethanol production by separate hydrolysis and fermentation (SHF), simultancous saccharification and fermentation (SSF), and prehydrolysis-simultaneous saccharification and fermentation (pre-SSF) processes using the selected thermotolerant yeast strains was subsequently examined. Eventually, the feasibility of selected thermotolerant yeast on biocthanol production in the up-scale production was also considered. Forty-two thermotolerant yeast isolates were isolated and screened from five different Loog-Paeng (traditional alcoholic beverage starter culture) sources. Four isolates, including isolates SB1, SC10, G3, and TC-5 were further selected based on their ability to produce ethanol and cthanol-tolerant at celevated temperature. Based on their 26S rDNA sequences, isolates SB1, SC10, and G3 were identified as Candida glabrata with the GenBank accession number of MN784460, MN784462, and KY618710, respectively. Meanwhile, isolate TC-5 was identified as Saccharomyces cerevisiae with the GenBank accession number of KY681804. Thereafter, the selected thermotolerant yeasts were preliminary studied for their ability to produce bioethanol from CRC hydrolysate (54.04 g/L of glucose, 14.18 g/L of xylose, and 0.65 g/L of arabinose) at 42°C. Among these, C. glabrata KY618710 and S. cerevisiae KY681804 produced the highest ethanol concentration of 19.05±0.41 and 18.38±0.32 g/L, respectively. The effect of temperature on bioethanol production via SHF, SSF, and pre-SSF processes by strains KY618710 and KY681804 were investigated at 35-42°C and compared with commercial S. cerevisiae. The results from SHF, SSF, and pre-SSF process revealed that temperature provided a negative effect on bioethanol production by commercial S. cerevisiae. The results from SHF process showed that the highest cthanol concentration in a range of 20.33-21.64 g/L were obtained from strain KY618710 and KY681804, when the cultivation temperature was set at 37 and 40°C. Unfortunately, the ethanol concentration, ethanol yield, and theoretical ethanol yield of strain KY618710 and KY681804 decreased when the temperature was elevated to 42°C. Bioethanol production via SSF process at 40°C revealed that strain KY681804 could produce the highest ethanol concentration of 20.92±0.34 g/L. Besides these, strain KY618710 also showed the comparable highest bioethanol concentration of 20.88±0.76 g/L at the same temperature. With regards to the pre-SSF process, strain KY618710 and KY681804 showed the comparable ethanol concentration of 20.46±0.16 and 20.89±0.44 g/L. In addition, the produced bioethanol via SHF, SSF, and pre-SSF processes were not significantly difference. However, the SSF process was preferable than other processes due to their short overall process time and the simple operation procedure. Nevertheless, strain KY618710 showed a comparable bioethanol concentration and ethanol productivity to that of strain KY681804, which is one of opportunistic human pathogenic yeast. Therefore, the thermotolerant S. cerevisiae KY681804 and the SSF process were chosen for next study. The effect of CRC solid loading on bioethanol production via SSF process employing S. cerevisiae KY681804 was carried out at 40*C. The 7.5, 10, 12.5, and 15% (w/v) of CRC solid loading were investigated. The highest ethanol concentration of 35.91±0.30 g/L, with the theoretical ethanol yield of 87.86±0.73% were obtained from 12.5% CRC solid loading. To reduce the substrate inhibition, the bioethanol production via fed-batch SSF process was also examined under the same experimental condition with SSF. The ethanol concentration of 38.23±0.19 g/L with the theoretical ethanol yield of 93.51±0.47% was attained when 12.5% (w/v) of CRC solid loading was used. Surprisingly, cthanol production from the same concentration of CRC via fed-batch SSF process was significantly higher than batch SSF process. Therefore, bioethanol production via fed-batch SSF process with 12.5% of CRC solid loading by strain KY681804 was then performed in a 5-L stirred tank bioreactor with 3-L reaction volume. The maximum ethanol concentration, theoretical ethanol yield, and ethanol productivity were 31.96±0.78 g/L, 78.20±0.19%, and 0.222±0.001 g/L/h, respectively. The results from this study revealed that the newly isolated thermotolerant S. cerevisiae KY681804 is an alternative yeast strain that suitable for bioethanol production under clevated temperature. In addition, strain KY681804 might be a promising ethanol producing-thermotolerant yeast which could be applied in SSF process using various types of lignocellulosic biomass.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherChiang Mai : Graduate School, Chiang Mai Universityen_US
dc.titleBioethanol production from cellulose-rich corncob residue using thermotolerant yeasten_US
dc.title.alternativeการผลิตไบโอเอทานอลจากกากซังข้าวโพดที่อุดมไปด้วยเซลลูโลสโดยใช้ยีสต์ทนร้อนen_US
dc.typeThesis
thailis.controlvocab.lcshBioethanol -- Production-
thailis.controlvocab.lcshBiomass-
thailis.controlvocab.lcshYeast-
thailis.controlvocab.lcshCorncobs-
thesis.degreemasteren_US
thesis.description.thaiAbstractยีสต์ทนร้อนนิยมนำมาใช้ในการผลิตไบโอเอทานอลจากชีวมวลลิกโนเซลลูโลสเนื่องจากมี ข้อดีหลายประการ ดังนั้นในการศึกษานี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อแยกและคัดเลือกยีสต์ทนร้อนที่มี ความสามารถในการผลิตไบโอเอทานอลจากชีวมวลรุ่นที่ 2 โดยทำการคัดเลือกยีสต์ที่เหมาะสมที่สุด จากความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิและเอทานอล จากนั้นจึงศึกษาการนำไปใช้ผลิตไบโอเอทานอล จากไฮโดรไลเสทที่ได้จากกากซังข้าวโพดที่อุดมไปด้วยเซลลูโลส โดยใช้ยิสต์ที่คัดเลือกได้ นอกจากนี้ ยังทำการศึกษาผลของอุณหภูมิที่มีต่อการผลิตไบโอเอทานอล โดยใช้ยีสต์ทนร้อนที่คัดเลือกได้ด้วย กระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นแยกกัน กระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกัน และ กระบวนการย่อยก่อนแล้วตามด้วยกระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกัน ตามลำดับ และ ขั้นตอนสุดท้ายจึงศึกษาความเป็นไปได้ในการผลิตไบโอเอทานอลในระดับขยายขนาดการผลิตโดยใช้ ยีสต์ทนร้อนที่คัดเลือกได้ จากการแยกยีสต์ทนร้อนจากลูกแป้ง (เชื้อตั้งต้นสำหรับการผลิตเครื่องดื่มที่มีแอลกอฮอล์แบบ ดั้งเดิม) จำนวน 5 แหล่งที่แตกต่างกัน พบว่าสามารถคัดแยกยีสต์ทนร้อนได้ทั้งหมด 42 ไอโซเลท เมื่อ ทำการคัดเลือกโดยพิจารณาจากความสามารถในการผลิตเอทานอล การทนต่อเอทานอล และการทน ต่ออุณหภูมิสูง พบว่า 4 ไอโซเลท ได้แก่ SB1, SC10, G3 และ TC-5 มีความสามารถดังกล่าว จากลำดับ นิวคดีไอไทด์ของยืน 26S rDNA พบว่าไอไซเลท SB1, SC10 และ G3 จัดเป็น Candida glabrata โดย มี GenBank accession number เป็น MN784460, MN784462 และ KY618710 ตามลำดับ ในขณะที่ไอ โซเลท TC-5 จัดเป็น Saccharomyces cerevisiae โดยมี GenBank acccssion number เป็น KY681804 จากนั้นจึงทำการศึกษาความสามารถเบื้องต้นในการผลิตไบไอเอทนอลของยีสต์ทนร้อนที่คัดเลือกได้ ที่อุณหภูมิ 42 องศาเซลเชียส โดยใช้ไฮโครไลเสทที่ได้จากกากซังข้าวโพดที่อุดมไปด้วยเซลลูไลสซึ่ง ประกอบด้วยน้ำตาลกลูโคส 54.04±0.91 กรัมต่อลิตร น้ำตาลไซโลส 14.18±0.90 กรัมต่อลิตร และ น้ำตาลอะราบิโนส 0.65±0.04 กรัมต่อลิตร พบว่าจากยี่สต์ทนร้อนทั้ง 4 สายพันธุ์ C. glabrata KY618710 และ S. cerevisiae KY681804 ผลิตเอทานอลได้สูงสุดที่ความเข้มข้นสูงที่สุดเท่ากับ 19.05±0.41 และ 18.38±0.32 กรัมต่อลิตร ตามลำดับ จากการศึกษาผลของอุณหภูมิต่อการผลิตไบไอเอทานอลด้วยกระบวนการย่อยและการหมักที่ เกิดขึ้นแยกกัน กระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกัน และกระบวนการย่อยก่อนตามด้วย กระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกัน โดยยีสต์สายพันธุ์ KY618710 และ KY681804 เปรียบเทียบกับ S. cerevisiae ทางการค้า ที่อุณหภูมิ 35-42 องศาเซลเซียส ผลการทดลองจากทั้งสาม กระบวนการพบว่า อุณหภูมิส่งผลเชิงลบต่อการผลิตใบโอเอทานอลของยีสต์ทางการค้า ส่วนสายพันธุ์ KY618710 และ KY681804 สามารถผลิตเอทานอลได้สูงที่สุดในช่วง 20.33-21.64 กรัมต่อลิตร เมื่อ ใช้กระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นแยกกันที่อุณหภูมิ 37 และ 40 องศาเชลเชียส เมื่อเพิ่ม อุณหภูมิเป็น 42 องศาเซลเซียส ความเข้มข้นเอทานอล ผลผลิตเอทานอล และผลผลิตเอทานอลทาง ทฤษฎีของสายพันธุ์ KY618710 และ KY681804 มีค่าลดลง เมื่อทำการผลิตไบโอเอทานอลด้วย กระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกันที่อุณหภูมิ 40 องศาเซลเชียส พบว่าสายพันธุ์ KY681804 ผลิตเอทานอล ได้สูงสุดเท่ากับ 20.92±0.34 กรัมต่อลิตร และที่อุณหภูมิเดียวกันสายพันธุ์ KY618710 สามารถผลิตเอทานอลได้สูงใกล้เคียงกันที่ 20.88±0.76 กรัมต่อลิตร ในขณะที่ กระบวนการย่อยก่อนตามด้วยกระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกัน พบว่าสายพันธุ์ KY618710 และ KY681804 ผลิตเอทานอลได้ในความเข้มข้นที่ใกล้เคียงกัน คือ 20.46±0.16 และ 20.89±0.44 กรัมต่อลิตร ตามลำดับ นอกจากนี้ยังพบว่า ปริมาณไบโอเอทานอลที่ผลิตได้จาก กระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นแยกกัน กระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกัน และ กระบวนการย่อยก่อนแล้วตามด้วยกระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกันไม่มีความแตกต่าง กันอย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม นิยมใช้กระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกันมากกว่า กระบวนการอื่น ๆ เนื่องจากใช้ระยะเวลาในกระบวนการสั้นกว่าและกระบวนการไม่ซับซ้อน แม้ว่า สายพันธุ์ KY618710 ให้ปริมาณเอทานอลที่ ใกล้เคียงกับสายพันธุ์ KY681804 แต่สายพันธุ์ KY618710 เป็นหนึ่งในยีสต์ก่อโรคแบบฉวยโอกาสในมนุษย์ ดังนั้นจึงเลือกใช้ยีสต์ทนร้อน S. cerevisiae KY681804 และกระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกันในการทดลองถัดไป การศึกษาผลของความเข้มข้นของกากซังข้าวโพดที่อุดมไปด้วยเซลลูโลสต่อการผลิตไบโอเอ ทานอลด้วยกระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกันโดยใช้ S. cerevisiae KY681804 ที่ อุณหภูมิ 40 องศาเซลเซียส โดยใช้ปริมาณของเข็งของกากซังข้าวโพดที่อุคมไปด้วยเซลถูโลสที่ 7.5, 10, 12.5 และ 15 น้ำหนักต่อปริมาตร พบว่าที่ปริมาณของแข็งร้อยละ 12.5 น้ำหนักต่อปริมาตร ให้ ปริมาณเอทานอลสูงสุดเท่ากับ 35.91±0.30 กรัมต่อลิตร คิดเป็นร้อยละ 87.86±0.73 ของผลผลิตเอทา นอลทางทฤษฎี จากนั้นจึงศึกษาการผลิตไบโอเอทานอลด้วยกระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้น พร้อมกันแบบกึ่งกะเพื่อลดูการเกิดการยับยั้งโดยสารตั้งต้น (substrate inhibition)โดยใช้สภาวะ เดียวกันกับกระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกัน พบว่าที่ปริมาณของแข็งร้อยละ 12.5 น้ำหนักต่อปริมาตร ได้ปริมาณเอทานอลเท่ากับ 38.23±0.19 กรัมต่อลิตร คิดเป็นร้อยละ 93.51±0.47 ของผลผลิตเอทานอลทางทฤษฎี ยิ่งไปกว่านั้นการผลิตไบโอเอทานอลจากกากซังข้าวโพดที่ความ เข้มข้นเดียวกันผ่านกระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกันแบบกึ่งกะมีประสิทธิภาพในการ ผลิตไบโอเอทานอลสูงกว่ากระบวนการย่อยและการหมักที่เกิดขึ้นพร้อมกันแบบกะอย่างมีนัยสำคัญ จากนั้นจึงทำการศึกษาการผลิตไบโอเอทานอลผ่านกระบวนการดังกล่าว ไดยใช้ยีสต์สายพันธุ์ KY681804 ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขนาด 5 ลิตร ที่มีปริมาตรน้ำหมัก 3 ลิตร ที่มีปริมาณของแข็งร้อยละ 12.5 น้ำหนักต่อปริมาตร พบว่าความเข้มข้นของเอทานอลที่ผลิตได้เท่ากับ 31.96±0.78 กรัมต่อลิตร คิดเป็นร้อยละ 78.20±0.19 ของค่าผลผลิตเอทานอลทางทฤษฎี และอัตราการผลิตเอทานอลเปืน 0.222±0.001 กรัมต่อลิตรต่อชั่วโมง จากผลการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่ายีสด์ทนร้อน S. cevevisiae KY681804 ที่แยกได้ใหม่ จัดเป็นยีสต์สายพันธุ์ทางเลือกที่เหมาะสมต่อการผลิตเอทานอลภายใต้ สภาวะอุณหภูมิสูง นอกจากนี้สายพันธุ์ KY681804 ยังป็นยีสต์ทนร้อนที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ใน การผลิตไบโอเอทานอลจากชีวมวลลิกโนเซลลูโลสชนิดอื่น ๆ ด้วยกระบวนการย่อยและการหมักที่ เกิดขึ้นพร้อมกันen_US
Appears in Collections:GRAD-Sciences and Technology: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
609931012 ศิรประภา ศรีสุภา.pdf5.24 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


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