ตอนที่ 5
2.3 กระบวนการผลิตเอทานอล ( Process of Production )
ตามที่ได้กล่าวมาแล้วว่าในการผลิตไบโอเอทานอล วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิต นั้นได้จากพืช 2 กลุ่ม คือ 1. กลุ่มที่มีสารประกอบของ น้ำตาล และแป้ง เช่น อ้อย บีทรูท* (beetroot) ข้าวฟ่างหวาน** (sweet sorghum) ข้าวฟ่าง ข้าวโพด และมันสำปะหลัง 2. จำพวกเซลลูโลส หรือ ลิกโนเซลลูโลส (Lignocellulosic Material) เป็นเศษเหลือใช้จากการทำสวน ทำไร่ ทำนาข้าว และ สิ่งที่เหลือจาก อุตสาหกรรมแปรรูปที่ใช้พืชผลทางการเกษตร เช่น ต้นปาล์ม เส้นใยปาล์ม ทะลายปาล์ม ฟางข้าว ชานอ้อย ซังข้าวโพด เศษไม้ เศษกระดาษ ขี้เลื่อย และวัชพืช เป็นต้น การใช้วัตถุดิบทั้ง 2 กลุ่มนี้จะแตกต่างกันเฉพาะขั้นตอนการเตรียม และการย่อยสลายทั้งแป้งและเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาล กลูโคส (Glucose) ก่อน แล้วจึงจะเข้าสู่กระบวนการเดียวกันคือ การหมักน้ำตาลให้เป็น แอลกอฮอล์ ต่อไป กระบวนการผลิต แบ่งเป็น 3 ขั้นตอนดังนี้
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
*บีทรูท (beetroot) หรือเรียกว่า ผักกาดแดง ผักกาดฝรั่ง มีชื่อทางวิทยาศาสตร์ : Beta vulgaris L. , อยู่ในวงศ์ : Chenopodiaceae , มีชื่อสามัญว่า : Chard, Beetroot, Sugarbeet, Mangel-wurzel
.บางครั้งเรียกว่า เบบี้แครอท เป็นพืชที่มีหัวอยู่ใต้ดินมีขนาดเล็กทรงกลมใช้สะสมอาหาร มีเปลือกสีเข้มจนดำ มีเนื้อสีม่วงแดงเข้ม ฉ่ำน้ำ และสีจะติดมือ มีถิ่นกำเนิดอยู่ในแถบเมดิเตอร์เรเนียนและภาคเหนือของทวีปแอฟริกา ปัจจุบันมีการปรับปรุงพันธุ์ เพื่อใช้เป็นอาหารของมนุษย์และสัตว์ สามารถปลูกได้ผลผลิตดีทางภาคเหนือของไทย
บีทรูทจัดเป็นผักเพื่อสุขภาพเพราะว่าที่รากอุดมด้วยสารอาหารทั้งแร่ธาตุและวิตามิน หลายชนิด เช่น เหล็ก ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม แคลเซียม โซเดียม วิตามินซี วิตามินเอ บี 1 บี 2
..ในเนื้อบีทรูทสุก 100 g ให้พลังงาน 27 Kcal โซเดียม 241 mg คาร์โบไฮเดรต 5.5 g เส้นใย 2.9 g โปรตีน 2.6 g โพแทสเซียม 909 mg และน้ำตาล 0.6 g
..บางสายพันธุ์ใช้เป็นอาหารสัตว์และใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตน้ำตาล (sugar beet) เพราะมีปริมาณน้ำตาลสูงถึง 15-20 % wt
**ข้าวฟ่างหวาน (sweet sorghum /sorgo ) มีชื่อทางวิทยาศาสตร์: Sorghum bicolor (L.)Moench มีลำต้นสูงเกินกว่า 2 เมตรและมี ช่อดอกหลวม มีเมล็ดไม่ มากนัก มีกาบหุ้มเหนียวทำให้กะเทาะเมล็ดออกยากกว่าข้าวฟ่างทั่วไป ลำต้นและใบใช้ทำเป็นอาหารสัตว์ มีน้ำหวานคล้ายอ้อย ปัจจุบันเกษตรกรในหลายประเทศหันมาปลูกข้าวฟ่างหวานกันเป็นจำนวนมาก เพื่อใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเป็น น้ำเชื่อม น้ำตาล และใช้หมักเป็นแอลกอฮอล์ ส่วนกากที่เหลือใช้เป็นอาหารสัตว์ได้
1.) ขั้นตอนการเตรียมวัตถุดิบ (Preparation of Feedstock) ซึ่งถ้าเป็นประเภทแป้งหรือเซลลูโลสนั้น จะต้องนำไปผ่านกระบวนการย่อยแป้งหรือเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาลก่อน ด้วยการใช้กรดหรือเอนไซม์และปรับความเข้มข้น ความเป็นกรด-ด่าง (ค่าpH) และควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะสม จึงจะพร้อมที่จะนำไปหมักได้ ในปัจจุบันประเทศไทยเรามีวัตถุดิบที่เหมาะสม มีปริมาณมาก และคุ้มค่ากับการลงทุน ได้แก่ น้ำอ้อยสด กากน้ำตาล และมันสำปะหลัง ทั้งแบบเส้นและหัวมันสด ส่วนการใช้เซลลูโลสยังอยู่ในระหว่างการวิจัยและพัฒนาในเชิงการค้าอยู่ ( พร้อมๆกับทางประเทศ จีน สหรัฐอเมริกา และแคนาดา)
รูปที่ 4 แสดงกระบวนการเตรียมมันสำปะหลังสด/เส้น
ในกระบวนการผลิตเอทานอลประเภท ไบโอเอทานอล การเตรียมวัตถุดิบจำพวกน้ำตาล ได้แก่ น้ำอ้อยสด กากน้ำตาล ก่อนเข้ากระบวนการหมัก ที่สามารถใช้เชื้อจุลินทรีย์ (yeast) ได้โดยตรง และการจัดเตรียมได้ง่ายและรวดเร็ว โดยนำมาปรับความเข้มข้นของปริมาณน้ำตาลด้วยน้ำสะอาด ปรับสภาพ ความเป็นกรดด่าง และควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะสม ก่อนที่จะส่งเข้ากระบวนการหมัก ส่วนวัตถุดิบจำพวกแป้งนั้น ส่วนมากจะเป็น หัวมันสำปะหลังหรือมันเส้น (ประเทศแถบยุโรป สหรัฐอเมริกา และจีนตอนเหนือ ใช้ ข้าวโพด) แลจะต้องนำไปผ่านกระบวนการย่อยให้เป็นน้ำตาลด้วยการใช้กรด (Acid Hydrolysis)หรือ เอนไซม์(Enzymatic Hydrolysis) เพื่อทำให้อยู่ในน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว (ในรูปของกลูโคส) และปรับสภาพให้เหมาะสม (ตามสมการที่แสดงในรูปที่ 3 ) ก่อนที่จะส่งเข้าสู่กระบวนการหมัก
.ตามรูปที่ 4 แสดง กระบวนการเตรียมมันสำปะหลัง แบบแห้ง / หัวมันสด ก่อนเข้ากระบวนการย่อยแป้ง
ในปัจจุบันการผลิตในเชิงการค้า จะต้องมีการลดต้นทุนในการผลิต มีความสะดวกในการใช้ และรวดเร็ว จึงนิยมใช้ เอนไซม์* ในการย่อยแป้ง เพื่อเป็นการรักษาเครื่องมือและเครื่องจักรของกระบวนการผลิต (ใช้กรดจะเกิดการกัดกร่อนของเครื่องจักรและอุปกรณ์ได้ง่าย) และเป็นการช่วยอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม เอนไซม์ที่ใช้ในการย่อยแป้งในมันสำปะหลังมี 2 ชนิดได้แก่ แอลฟา อะไมเลส (α Amylase) ในขั้นตอนที่เรียกว่า liquefaction และกลูโค - อะไมเลส หรือเบต้า อะไมเลส (Gluco amylase หรือ β - Amylase) ในขั้นตอนที่เรียกว่า saccharification
ตามที่แสดงในรูปที่ 5 เมื่อได้น้ำแป้งที่ปรับสภาพแล้ว (slurry)
.จะถูกส่งเข้ากระบวนการย่อยโดยต้มให้สุกก่อน แล้วย่อยให้เป็นแป้งที่โมเลกุลเล็กลงก่อนที่ จะนำมาย่อยจากแป้งให้เป็นน้ำตาล เพื่อข้ากระบวนการหมักต่อไป
ในขั้นตอนของ liquefaction น้ำแป้งจะถูกย่อยด้วย alpha-amylase enzyme เรียกน้ำแป้งว่า...mash
และต้องส่งเข้ากระบวนการต้มให้สุกโดยหม้อต้ม (cookers) ที่มีความร้อนสูงถึง 120-140 องศาเซลเซียส และลดความร้อนลงมาที่ 95 องศาเซลเซียส ทำให้แป้งย่อยสลายได้เร็วขึ้นและเป็นการลดปริมาณแบคทีเรียใน mash ส่วนในขั้นของ Sacchairification
..mash จาก cookers จะถูกทำให้เย็นลง และเติมด้วย gluco-amylaseในถังย่อยแป้งทั้งหมดให้เป็นน้ำตาล(fermentable sugars dextrose)ที่พร้อมเข้ากระบวนการหมัก
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
*เอนไซม์ (enzyme) เป็นโปรตีนที่ช่วยเร่งปฏิกิริยาทางเคมีในสิ่งมีชีวิต เป็นการลดพลังงานกระตุ้น (Activation energy) คือ พลังงานจำนวนน้อยที่สุดที่ทำให้อนุภาคของสารตั้งต้นเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ มีหน่วยเป็น kJ/mol หรือ kcal/mol ) ของปฏิกิริยา เอนไซม์แบ่งไปตามชนิดของสารตั้งต้นที่ใช้ทำปฏิกิริยาเคมี ทำให้ได้สารที่ถูกแปรสภาพเกิดได้เร็วขึ้นและสามารถใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยาเคมีได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ
การเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์
ให้ - E เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (เอนไซม์) และ S= substrate หรือ สารตั้งต้น และ P=Product หรือ สารที่ถูกแปรสภาพ
E + S à ES (สารเชิงซ้อน) à E + P
รูปที่ 5 แสดงกระบวนการย่อยแป้งด้วยเอนไซม์
บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที
