ผลการกำจัดลิกนินและสัณฐานวิทยาของหญ้าเนเปียร์หลังการปรับสภาพด้วยวิธีการอบไอน้ำและวิธีไมโครเวฟร่วมกับสารประกอบเกลือเฟอร์ริกคลอไรด์
คำสำคัญ:
การปรับสภาพ, อบไอน้ำ, ไมโครเวฟ, เฟอร์ริกคลอไรด์, หญ้าเนเปียร์บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้ศึกษาการกำจัดลิกนินและสัณฐานวิทยาของหญ้าเนเปียร์หลังการปรับสภาพด้วยวิธี อบไอน้ำและวิธีไมโครเวฟร่วมกับการใช้สารประกอบเกลือเฟอร์ริกคลอไรด์ การปรับสภาพด้วยวิธี อบไอน้ำใช้อุณหภูมิการอบไอน้ำ 105 110 115 120 และ 125 องศาเซลเซียส ที่ระยะเวลา 20 40 และ 60 นาที การปรับสภาพด้วยวิธีไมโครเวฟปรับกำลังวัตต์ของไมโครเวฟที่ 300 450 และ 600 วัตต์ เป็นเวลา 2 5 และ 8 นาที การปรับสภาพทั้งสองวิธีทำการทดลองด้วยความเข้มข้นของสารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์ที่ 1 และ 2 โมลาร์ ผลการศึกษาพบว่า หญ้าเนเปียร์พันธุ์ปากช่อง 1 (Pennisetum purpureum) ก่อนปรับสภาพมีปริมาณเซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส ลิกนิน และองค์ประกอบอื่นเท่ากับ ร้อยละ 33.13, 9.73, 16.7 และ 40.45 ตามลำดับ ซึ่งปริมาณเซลลูโลสดังกล่าวเหมาะแก่การผลิต เอทานอล แต่มีปริมาณลิกนินสูงเช่นกัน การกำจัดลิกนินด้วยสารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์ความเข้มข้น 2 โมลาร์ร่วมกับวิธีไมโครเวฟที่ 600 วัตต์ เป็นเวลา 8 นาทีให้ผลดีที่สุดเท่ากับร้อยละ 52.5 ส่วนการ อบไอน้ำที่อุณหภูมิ 125 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 40 นาที ร่วมกับการใช้สารละลายเฟอร์ริกคลอไรด์ความเข้มข้น 2 โมลาร์ กำจัดลิกนินได้สูงสุดที่ร้อยละ 45.5 หลังการปรับสภาพ หญ้าเนเปียร์มีลักษณะพรุน และมีพื้นผิวแตกหัก ไม่ยึดเกาะกัน แสดงให้เห็นถึงโครงสร้างของลิกนินที่เป็นตัวยึดเกาะเซลลูโลสถูกทำลาย อย่างไรก็ตาม การกำจัดลิกนินทั้ง 2 วิธีให้ผลการทดลองในแง่ของการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของลิกนินไม่แตกต่างกัน เมื่อพิจารณาการใช้พลังงานและระยะเวลาในการปรับสภาพแล้ว วิธีไมโครเวฟเป็นทางเลือกที่ดีกว่า เนื่องจากใช้ระยะเวลาสั้นกว่าวิธีอบไอน้ำมาก
References
Rengsirikul, K., Ishii, Y., Kangvansaichol, K., Sripichitt, P., Punsuvon, V., Vaithanomsat, P., Nakamanee, G. and Tudsri, S., 2013, "Biomass Yield, Chemical Composition and Potential Ethanol Yields of 8 Cultivars of Napiergrass (Pennisetum purpureum Schumach.) Harvested 3-Monthly in Central Thailand," Journal of Sustainable Bioenergy Systems, 3, pp. 107-112.
Rocha-Meneses, L., Otor, F.O., Bonturi, N., Orupõld, K. and Kikas, T., 2020, "Bioenergy Yields from Sequential Bioethanol and Biomethane Production: An Optimized Process Flow," Sustainability, 12 (1), pp. 272-291.
Moodley, P. and Gueguim Kana, E.B., 2017, "Development of a Steam or Microwave-assisted Sequential Salt-alkali Pretreatment for Lignocellulosic Waste: Effect on Delignification and Enzymatic Hydrolysis," Energy Conversion and Management, 148, pp. 801-808.
Phitsuwan, P., Sakka, K. and Ratanakhanokchai, K., 2016, "Structural Changes and Enzymatic Response of Napier Grass (Pennisetum purpureum) Stem Induced by Alkaline Pretreatment," Bioresource Technology, 218, pp. 247-256.
Hosseini Koupaie, E., Dahadha, S., Bazyar Lakeh, A.A., Azizi, A. and Elbeshbishy, E., 2019, "Enzymatic Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Enhanced Biomethane Production-A Review," Journal of Environmental Management, 233, pp. 774-784.
Sindhu, R., Binod, P. and Pandey, A., 2016, "Biological Pretreatment of Lignocellulosic Biomass – An overview," Bioresource Technology, 199, pp. 76-82.
Cheng, J., Su, H., Zhou, J., Song, W. and Cen, K., 2011, "Microwave-assisted Alkali Pretreatment of Rice Straw to Promote Enzymatic Hydrolysis and Hydrogen Production in Dark- and Photo-fermentation," International Journal of Hydrogen Energy, 36 (3), pp. 2093-2101.
Diaz, A.B., Moretti, M.M.S., Bezerra-Bussoli, C., Carreira Nunes, C.D.C., Blandino, A., da Silva, R. and Gomes, E., 2015, "Evaluation of Microwave-Assisted Pretreatment of Lignocellulosic Biomass Immersed in Alkaline Glycerol for Fermentable Sugars Production," Bioresource Technology, 185, pp. 316-323.
Moodley, P. and Kana, E.B.G., 2017, "Microwave-assisted Inorganic Salt Pretreatment of Sugarcane Leaf Waste: Effect on Physiochemical Structure and Enzymatic Saccharification," Bioresource Technology, 235, pp. 35-42.
Chen, L., Chen, R. and Fu, S., 2015, "FeCl3 Pretreatment of Three Lignocellulosic Biomass for Ethanol Production," ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 3 (8), pp. 1794-1800.
Kang, K.E., Park, D.-H. and Jeong, G.-T., 2013, "Effects of Inorganic Salts on Pretreatment of Miscanthus Straw," Bioresource Technology, 132, pp. 160-165.
Anonymous, 1999, Technical Association of the Pulp and Paper Industry: Sampling and Preparing Wood for Analysis Technical Association of the Pulp and Paper Industry, TAPPI Standard T203 om-88, Atlanta, USA.
Anonymous, 2002, Technical Association of the Pulp and Paper Industry: Sampling and Preparing Wood for analysis Technical Association of the Pulp and Paper Industry, TAPPI Standard T222 om-02, Atlanta, USA.
Minmunin, J., Limpitipanich, P. and Promwungkwa, A., 2015, "Delignification of Elephant Grass for Production of Cellulosic Intermediate," Energy Procedia, 79, pp. 220-225.
Binod, P., Sindhu, R., Singhania, R.R., Vikram, S., Devi, L., Nagalakshmi, S., Kurien, N., Sukumaran, R.K. and Pandey, A., 2010, "Bioethanol Production from Rice Straw: An overview," Bioresource Technology, 101 (13), pp. 4767-4774.
Eliana, C., Jorge, R., Juan, P. and Luis, R., 2014, "Effects of the Pretreatment Method on Enzymatic Hydrolysis and Ethanol Fermentability of the Cellulosic Fraction from Elephant Grass," Fuel, 118, pp. 41-47.
Mohammed, I.Y., Abakr, Y.A., Kazi, F.K., Yusup, S., Alshareef, I. and Chin, S.A., 2015, "Comprehensive Characterization of Napier Grass as a Feedstock for Thermochemical Conversion," Energies, 8 (5), pp. 3403-3417.
He, C.-R., Kuo, Y.-Y. and Li, S.-Y., 2017, "Lignocellulosic Butanol Production from Napier Grass Using Semi-Simultaneous Saccharification Fermentation," Bioresource Technology, 231, pp. 101-108.
Kumar, P., Barrett, D.M., Delwiche, M.J. and Stroeve, P., 2009, "Methods for Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Efficient Hydrolysis and Biofuel Production," Industrial and Engineering Chemistry Research, 48 (8), pp. 3713-3729.
Norgren, M., Edlund, H., Wågberg, L., Lindström, B. and Annergren, G., 2001, "Aggregation of Kraft Lignin Derivatives under Conditions Relevant to the Process, Part I: Phase Behaviour," Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 194 (1), pp. 85-96.
Kamireddy, S.R., Li, J., Tucker, M., Degenstein, J. and Ji, Y., 2013, "Effects and Mechanism of Metal Chloride Salts on Pretreatment and Enzymatic Digestibility of Corn Stover," Industrial and Engineering Chemistry Research, 52 (5), pp. 1775-1782.
Mamman, A.S., Lee, J.-M., Kim, Y.-C., Hwang, I.T., Park, N.-J., Hwang, Y.K., Chang J.-S. and Hwang, J.-S., 2008, "Furfural: Hemicellulose/xylosederived biochemical," Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 2 (5), pp. 438-454.
Pang, F., Xue, S., Yu, S., Zhang, C., Bing Li, B. and Kang, Y., 2012, “Effects of Microwave Power and Microwave Irradiation Time on Pretreatment Efficiency and Characteristics of Corn Stover Using Combination of Steam Explosion and Microwave Irradiation (SE–MI) pretreatment,” Bioresource Technology, 118, pp. 111–119.
Kurian, J.K., Gariepy, Y., Orsat, V. and Raghavan, G.S.V., 2015, "Comparison of Steam-assisted Versus Microwave-assisted Treatments for the Fractionation of Sweet Sorghum Bagasse," Bioresources and Bioprocessing, 2 (1), p. 30.
Downloads
เผยแพร่แล้ว
How to Cite
ฉบับ
บท
License
Copyright (c) 2020 มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
เนื้อหาของบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science and Engineering Connect ในทุกรูปแบบ รวมถึงข้อความ สมการ สูตร ตาราง ภาพ ตลอดจนภาพประกอบในรูปแบบอื่นใด เป็นลิขสิทธิ์ของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี การนำเนื้อหา ไม่ว่าจะในรูปแบบใด ของบทความไปใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ ต้องได้รับอนุญาตจากบรรณาธิการวารสารอย่างเป็นลายลักษณ์อักษรก่อนเท่านั้น
