การศึกษาการผลิตก๊าซชีวภาพจากหญ้าหมักร่วมกับของเสียจากฟาร์มสุกร

Abstract

การศึกษานี้ได้คัดแยกแบคทีเรียกรดแลคติก (Lactic Acid Bacteria, LAB) จากอาหารหมักดองของภาคเหนือ และพืชอาหารสัตว์หมัก โดยใช้อาหารเลี้ยงเชื้อสูตร MRS และ M17 Agar ซึ่งสามารถคัดแยกแบคทีเรียกรดแลคติกได้จำนวน 137 ไอโซเลท จากนั้นศึกษาการเจริญและการผลิตกรดแลคติกของแบคทีเรียในน้ำหญ้าสกัด โดยใช้ปริมาณเชื้อตั้งต้นที่ 10^4 CFU/มิลลิลิตร บ่มในสภาวะไร้ออกซิเจน ที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 48 ชั่วโมง จากนั้นนำเซลล์แขวนลอยมาวัดการเจริญของแบคทีเรียโดยวัดค่าการดูดกลืนแสงที่ 600 นาโนเมตร และปริมาณกรดแลคติกผลการศึกษาพบว่า สามารถคัดเลือกแบคทีเรียกรดแลคติกได้จำนวน 11 ไอโซเลท ที่สามารถเจริญได้ดีในหญ้าสกัด (OD600=0.508-0.593) โดยผลิตกรดแลคติกได้ประมาณร้อยละ 1.7-2.1 และเมื่อจำแนกแบคทีเรียด้วยวิธีการหาลำดับเบสของดีเอ็นเอในส่วน 16S rRNA พบว่าสามารถแยกได้ 3 จีนัส จัดออกเป็น 4 สปีชีส์ คือ Enterococcus gallinarum, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis และ Pediococcus pentosaceus โดยคัดเลือกแบคทีเรียที่เจริญได้ดีและผลิตกรดแลคติกได้สูงจำนวน 3 สายพันธุ์เพื่อใช้ในการศึกษาขั้นต่อไป จากการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของหญ้ารูซี่ หญ้ากินนี หญ้าขน และหญ้าคา พบว่า หญ้าขนมีค่าวัตถุแห้งอยู่ที่ร้อยละ 25.67 ซึ่งอยู่ในเกณฑ์ที่เหมาะสมต่อการหมัก ในขณะที่หญ้ารูซี่ หญ้ากินนี และหญ้าคามีค่าวัตถุแห้งที่ร้อยละ 24.72, 22.72 และ 31.75 ตามลำดับ ซึ่งหญ้ารูซี่ หญ้ากินนี หญ้าขน และหญ้าคา มีปริมาณเชื่อใย ADE ที่ร้อยละ 25.66, 27.46, 26.71 และ 37.36 และ มีปริมาณเชื่อใย NDF ที่ร้อยละ 55.29-72.72 จากนั้นทำการหมักหญ้าขนร่วมกับแบคทีเรียสายพันธุ์ L. plantarum 107, P. pentosaceus 115 และ L. plantarum 309 ที่ 10^6 CFU/g ของวัสดุหมัก เป็นเวลา 30 วัน ในสภาวะไร้ออกซิเจน ผลการศึกษา พบว่า หญ้าขนที่ปรับสภาพด้วยแบคทีเรียสายพันธุ์ L. plantarum 107 มีคุณภาพของหญ้าหมักดีโดยมีค่าวัตถุแห้ง ปริมาณเยื่อใย ADF และปริมาณเยื่อใย NDF อยู่ที่ร้อยละ 18.94, 20.86 และ 50.70 ตามลำดับ จากการศึกษาศักยภาพ ในการผลิตก๊าซมีเทนจากการหมักร่วมระหว่างน้ำเสียจากสุกรและหญ้าขนหมักในระดับห้องปฏิบัติการ นําหญ้าขนที่ปรับสภาพด้วยแบกทีเรียสายพันธ์ L. plantarum 107 จากนั้นศึกษาอัตราส่วนการหมักร่วมที่เหมาะสมโดยใช้ชุดการทดลองขนาด 1 ลิตร (ปริมาตรการหมัก 800 มิลลิลิตร) ระหว่างน้ำเสียจากสุกรและหญ้าขนหมักที่อัตราส่วน 50:50, 60:40 และ 70:30 วัดปริมาตรก๊าซที่เกิดขึ้นทุกวันจนสิ้นสุดปฏิกิริยา ผลการศึกษาพบว่า การหมักร่วมของเสียจากสุกรและหญ้าขนหมักที่อัตราส่วน 50:50, 60:40 และ 70:30 สิ้นสุดปฏิกริยาการเกิดมีเทนเท่ากับ 353.7, 349.1 และ 377.6 มิลลิลิตร CH4/กรัม VSadded และมีศักยภาพในการย่อยสลายสารอินทรีย์ให้ก๊าซมีเทนที่ร้อยละ 41.24 , 42.16 และ 42.64 ตามลำดับ จากการทดลองแสดงให้เห็นว่าการหมักร่วมระหว่างนํ้าเสียจากสุกรและหญ้าขนหมักในอัตราส่วน 70:30 มีประสิทธิภาพในการผลิตก๊าซมีเทนสูงสุด และมีระยะในการหมักที่สั้นที่สุด

จากนั้นศึกษาประสิทธิภาพการผลิตก็าซมีเทนระหว่างน้ำเสียจากฟาร์มสุกรร่วมกับหญ้าขนหมักในสภาวะไร้ออกซิเจน โดยใช้อัตราส่วนที่ 70:30 ที่ระยะเวลาเก็บกัก 15, 20 และ 25 วัน ผลการศึกษาพบว่า ที่ระยะเวลากักเก็บที่ 15, 20 และ 25 วัน มีประสิทธิภาพในการกําจัดค่าซีโอดีที่ร้อยละ 45.5, 37.3 และ 34.2 และประสิทธิภาพในการกําจัดค่าของแข็งระเหยง่ายที่ร้อยละ 47.3, 43.7 และ 43.4 ตามลําคับ ซึ่งมีค่าไม่แตกต่างกันทางสถิติ (P>0.05) เมื่อพิจารณาการผลิตก๊าซมีเทนพบว่า ที่ระยะเวลาเก็บกัก15 วัน สามารถผลิตก๊าซมีเทนได้สูงสุดที่ 3,852 มิลลิลิตร CH4/กรัม VSadded และที่ระยะเวลาเก็บกักที่ 20 และ 25 วัน ผลิตก๊าซมีเทนได้ที่ 3,540 และ 3,466 มิลลิลิตร CH4 /กรัม VSadded ตามลําดับ