ผลของการปรับสภาพด้วยด่างและการลดความเป็นโซ่กิ่งด้วยกรด ในแกลบ ฟาง และกากรำข้าวสกัดน้ำมัน ต่อการผลิตไซโลไบโอสด้วยเอนไซม์ไซแลนเนสทางการค้า THE EFFECT OF ALKALI PRETREATMENT AND ACID DEBRANCHING ON RICE HUSK, RICE STRAW, AND DEFATTED RICE BRAN FOR XYLOBIO()
Keywords:
วัสดุชีวมวล, การปรับสภาพด้วยด่าง, การลดความเป็นโซ่กิ่งด้วยกรด, เอนโดไซแลนเนส, ไซโลไบโอสAbstract
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของการปรับสภาพด้วยด่างและการลดความเป็นโซ่กิ่งด้วยกรดต่ออัตราส่วนน้ำตาลอะราบิโนสต่อไซโลส (A/X) ของอะราบิโนไซแลน (AX) ในฟางข้าว แกลบ และกากรำข้าวสกัดน้ำมัน เพื่อเตรียมสำหรับการผลิตไซโลไบโอส และ/หรือ อะราบิโนไซโลโอลิโกแซคคาไรด์ด้วยเอนไซม์ไซแลนเนสทางการค้า โดยเริ่มจากนำวัสดุชีวมวลแต่ละชนิดทำการปรับสภาพด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้น 2% และนำไปลดความเป็นโซ่กิ่งด้วยกรดฟอร์มิก พบว่าน้ำหนักมวลของแกลบ ฟางข้าว และกากรำข้าวสกัดน้ำมันหลังการปรับสภาพด้วยด่างเท่ากับ 68.7, 44.8 และ 24.3% ในขณะที่ปริมาณน้ำตาลทั้งหมดเพิ่มขึ้นจาก 19.9 เป็น 28.0%, 21.7 เป็น 26.4%
และ 11.3 เป็น 20.0% เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุชีวมวลที่ไม่ผ่านการปรับสภาพ ตามลำดับ และเมื่อทำการลดความเป็นโซ่กิ่งด้วยกรดฟอร์มิก พบว่าปริมาณน้ำตาลทั้งหมดในวัสดุชีวมวลเพิ่มขึ้นเป็น 4% นอกจากนี้การปรับสภาพด้วยด่างสามารถลดอัตราส่วน A/X ในกากรำข้าวสกัดน้ำมัน แกลบ และฟางข้าว จาก 1.08 เป็น 0.82, 0.14 ถึง 0.13 และ 0.22 เป็น 0.22 ในขณะที่ปริมาณ AX เพิ่มขึ้นจาก 5.8 เป็น 14.3%, 11.5 เป็น 18.6% และ 11.0 เป็น 18.3% ตามลำดับ ซึ่งการปรับสภาพด้วยด่างและการลดความเป็นโซ่กิ่งด้วยกรดส่งผลทำให้อัตราส่วน A/X ในกากรำข้าวสกัดน้ำมันลดลงจาก 1.08 เป็น 0.63 หลังจากกระบวนการดังกล่าว วัสดุชีวมวลถูกนำมาใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตไซโลไบโอสด้วยเอนไซม์เอนโดไซแลนเนสทางการค้าชนิด Pentopan Mono BG และ Pentopan 500 BG ที่ระดับความเข้มข้น 132.5 U และ 26.5 U ต่อหนึ่งกรัมของสารตั้งต้น ตามลำดับ ในโซเดียมฟอสเฟตบัฟเฟอร์ (พีเอช 6.0) ที่อุณหภูมิ 50 องศาเซลเซียส เป็นระยะเวลา 4 ชั่วโมง โดยเขย่าอย่างต่อเนื่องที่ความเร็ว 150 รอบต่อนาที จากผลการศึกษาพบว่าสารชีวมวลที่มีอัตราส่วน A/X สูงจะถูกย่อยได้น้อยกว่าสารชีวมวลที่มีอัตราส่วน A/X ต่ำ นอกจากนี้ยังพบอีกว่าเอนไซม์ Pentopan 500 BG แสดงประสิทธิภาพการย่อยได้ดีกว่า Pentopan Mono BG ถึงแม้ว่าผลของโครมาโตรกราฟฟีแสดงให้เห็นว่าผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการย่อยด้วยเอนไซม์ไซแลนเนสทั้งสองชนิดมีชนิดของน้ำตาลที่เหมือนกัน ได้แก่ น้ำตาลไซโลส น้ำตาลอะราบิโนส น้ำตาลไซโลไบโอส และน้ำตาลที่เป็นพอลิเมอร์ขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม Pentopan 500 BG ได้แสดงการผลิตน้ำตาลไซโลสและอะราบิโนสที่โดดเด่นกว่า Pentopan Mono BG จากการศึกษาครั้งนี้จึงสามารถกล่าวได้ว่า ฟางข้าวและแกลบสามารถใช้การปรับสภาพด้วยด่างเพียงอย่างเดียวก็เพียงพอต่อการเตรียมสำหรับการผลิตไซโลไบโอส ในขณะที่กากรำข้าวสกัดน้ำมันจำเป็นต้องใช้การปรับสภาพด้วยด่างร่วมกับการลดความเป็นโซ่กิ่งด้วยกรด
Downloads
References
[2] Aachary A. A., and Prapulla S.G. (2009). Value addition to corncob: Production and characterization of xylooligosaccharides from alkali pretreated lignin-saccharide complex using Aspergillus oryzae MTCC 5154. Bioresource Technology. 100, 991-995.
[3] Akpinar O., Ak O., Kavas A., Bakir U., and Yilmaz L. (2007). Enzymatic production of xylooligosaccharides from cotton stalk. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 55, 5544-5551.
[4] Millett M. A., Baker A.J., and Satter L.D. (1976). Physical and Chemical Pretreatments for Enhancing Cellulose Saccharification. Biotechnology and Bioengineering Symposium. 6, 125-153.
[5] Fan L., Lee Y-H., and Gharpuray M. M. (1982). The Nature of Lignocellulosics and their Pretreatment for Enzymatic Hydrolysis. Advances in Biochemical Engineering. 23, 157-187.
[6] Vazquez M. J., Alonso J. L., Dominguez H., and Parajo J. C. (2002). Enzymatic processing of crude xylooligomer solutions obtained by autohydrolysis of eucalyptus wood. Food Biotechnology. 16, 91- 105.
[7] McCleary Barry V., Vincent A McKie, Anna Draga, Edward Rooney, David Mangan, and Jennifer Larkin. (2015). Hydrolysis of wheat flour arabinoxylan, acid-debranched wheat flour arabinoxylan and arabino-xylo-oligosaccharides by β-xylanase, α-L-arabinofuranosidase and β-xylosidase. Carbohydrate Research. 407, 79-96.
[8] Miller G.L. (1959). Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analytical chemistry. 31(3), 426-428.
[9] Nachaiwieng Woottichai, Saisamorn Lumyong, Ronachai Pratanaphon, Koichi Yoshioka, and Chartchai Khanongnuch. (2015). Potential in bioethanol production from various ethanol fermenting microorganisms using rice husk as substrate. Biodiversitas. 16(2), 320-326.
[10] Roberto IC., Mussatto SI, and Rodrigues RCLB. (2003). Dilute-acid hydrolysis for optimization of xylose recovery from rice straw in a semi-pilot reactor. Industrial Crops Production. 7, 171-176.
[11] Tarkow H., and Feist W. C. (1969). A Mechanism for Improving the Digestibility of Lignocellulosic Materials with Dilute Alkali and Liquid Ammonia. Advances in Chemistry Series. 95, 197-218.
[12] Brownell H. H., Yu E. K C., and Saddler J. N. (1986). Steam-explosion Pretreatment of Wood: Effect of Chip Size, Acid, Moisture Content and Pressure Drop. Biotechnology and Bioengineering. 28, 792-801.
[13] Swennen K., Courtin C.M., Lindemans G.C.J.E, and Delcour J.A. (2006). Large-scale production and characterisation of wheat bran arabinoxylooligosaccharides. Journal of the Science of Food and Agriculture. 86, 1722-1731.
[14] McMillan J. D. (1994). Pretreatment of Lignocellulosic Biomass. Enzymatic Conversion of Biomass for Fuels Production. Chapter 15, 292-324.
[15] Biely P., Vrsanská M., Tenkanen M., and Kluepfel D. (1997). Endo-β-1,4-xylanase families: differences in catalytic properties. Journal of Biotechnology. 57, 151-166.
[16] Sajib M. A. M. (2018). Preparation and evaluation of arabinoxylan based prebiotics. Preparation and evaluation of arabinoxylan based prebiotics.
[17] Stone J. E., Scallan A. M., Donefer E., and Ahlgren E. (1969). Digestibility as a Simple Function of a Molecule of Similar Size to a Cellulase Enzyme. Advances in Chemistry Series. 95, 219-241.
[18] Hespell RB., and O'Bryan PJ. (1992). Purification and characterization of an α-L-arabinofuranosidase fromButyrivibrio fibrisolvens GS113. Applied Environment Microbiolgy. 58(4), 1082-1088.
[19] Poutanen K., Rättö M., Puls J., and Viikari L. (1987). Evaluation of different microbial xylanolytic systems. Journal of Biotechnology. 6, 49-60.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Srinakharinwirot University Journal of Sciences and Technology is licensed Under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International (CC-BY-NC-ND 4.0) License, Unless Otherwise Stated. Please Read Journal Policies Page for More Information on Open Access, Copyright and Permissions.
