POTENTIAL STUDY ON BIOETHANOL PRODUCTION FROM LOW GRADE AND DAMAGED LONGANS FRUITS

Abstract

One of the significant fruits in the economy and industry is longan fruits. The longan (Dimocarpus longan Lour.) is a subtropical enduring tree belonging to the family Sapindaceae whose name is a well – known subtropical fruit in many countries, particularly in China, Thailand, Vietnam, India, Australia, and some tropical and subtropical regions in the USA. On the other hand, the status of fruit waste, which becomes stuck previous to landfills, is concerned by researchers over the years. Low grade and waste longan fruits are also no exceptions that are feedstock material for bioethanol production. In this study, physical pretreatment has been carried out which include boiling (30 min) and autoclave (15, 30, 45 minutes and 0 min for control). Afterward, samples were scanned by scanning electron microscope (SEM) to recognize differences between raw materials, boiled samples, and autoclaved samples. Hydrolysis process has done with three varied hydrolysis which were utilized in samples: 2% commercial cellulase, 20% algal enzyme and combination of 1% commercial cellulase and 10% algae enzyme (C+A). Response Surface Methodology (RSM) was utilized to determine and optimize condition lead to the best pretreated and hydrolysed ways.

For fresh longan, the optimum condition produce high amount of sugar by using 2% commercial celullase in hydrolysis and 30 min autoclave lead to the highest bioethanol production (9.25 ± 0.25 g/L) after 24 hours of fermentation. For dried longan, the optimum condition produce high amount of sugar by using 2% commercial celullase in hydrolysis and 15 min autoclave lead to the highest bioethanol production (16.74 ± 0.62 g/L) after 24 hours of fermentation. As result, dried longan has been chosen for a large scale. Results showed that after pretreatment, the total and reducing sugar are 157.19 and 36.43 g/L, respectively; the total and reducing sugar was increased in hydrolysis with 271.07 and 48.21 g/L, respectively. Fermentation with 1% Saccharomyces cerevisiae 24 hours bioethanol production reached 1.4%; alcohol concentration increase to 9% in distillation. The High Heating Value (HHV) was 4.55 MJ/kg. In this experiment, mass balance, energy, and economic analysis were analyzed to consider to invest as a project.

หนึ่งในผลไม้ที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจและอุตสาหกรรมคือลำไย ลำไย (Dimocarpus longan Lour.) เป็นไม้ยืนต้นกึ่งเขตร้อนที่อยู่ในวงศ์ Sapindaceae ซึ่งเป็นผลไม้กึ่งเขตร้อนที่รู้จักกันทั่วไปในหลายประเทศ โดยเฉพาะในประเทศจีน ไทย เวียดนาม อินเดีย ออสเตรเลีย และบางบริเวณในพื้นที่เขตร้อนและกึ่งเขตร้อนของสหรัฐอเมริกา อย่างไรก็ตามสถานการณ์ของขยะผลไม้ที่ใช้ในการฝังกลบนั้น ทำให้เป็นเรื่องน่ากังวลของนักวิจัยเป็นเวลาหลายปีที่ผ่านมา ลำไยตกเกรดและของเสียจากผลลำไยไม่มีข้อยกเว้นสำหรับใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเอทานอลชีวภาพ ในการศึกษานี้ได้ทำการปรับสภาพทางกายภาพโดยการต้ม (30 นาที) และการนึ่งฆ่าเชื้อ (15, 30, 45 นาทีและ 0 นาทีสำหรับชุดควบคุม) หลังจากนั้นนำตัวอย่างมาส่องภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) เพื่อสังเกตความแตกต่างระหว่างวัตถุดิบ ตัวอย่างที่ผ่านการต้ม และตัวอย่างที่นึ่งฆ่าเชื้อ ในกระบวนการไฮโดรไลซิสนั้น มีการไฮโดรไลซิสอยู่สามรูปแบบที่ใช้ในตัวอย่าง ได้แก่ เอนไซม์เซลลูเลสทางการค้าที่ความเข้มข้น 2% เอนไซม์จากสาหร่าย 20% รวมทั้งส่วนผสมของเอนไซม์เซลลูเลสทางการค้าที่ความเข้มข้น 1% และเอนไซม์จากสาหร่าย 10% (C + A) โปรแกรมวิธีการพื้นผิวตอบสนอง (RSM) นำมาใช้เพื่อกำหนดและหาสภาวะที่เหมาะสมที่ดีที่สุดในการปรับสภาพและการไฮโดรไลซิสตัวอย่าง

ในส่วนของลำไยสด สภาวะที่เหมาะสมที่ผลิตน้ำตาลในปริมาณสูงนั้น ใช้เอนไซม์เซลลูเลสทางการค้าที่ความเข้มข้น 2% ในการไฮโดรไลซิส และนึ่งฆ่าเชื้อเป็นเวลา 30 นาที ส่งผลให้เกิดการผลิตเอทานอลสูงสุด (9.25 ± 0.25 กรัมต่อลิตร) หลังจากหมักเป็นเวลา 24 ชั่วโมง ส่วนลำไยอบแห้ง สภาวะที่เหมาะสมที่ผลิตน้ำตาลในปริมาณสูงนั้น ใช้เอนไซม์เซลลูเลสทางการค้าที่ความเข้มข้น 2% ในการไฮโดรไลซิส และนึ่งฆ่าเชื้อเป็นเวลา 15 นาที ทำให้ผลิตเอทานอลได้สูงสุด (16.74 ± 0.62 กรัมต่อลิตร) หลังจากหมักเป็นเวลา 24 ชั่วโมง จากผลการทดลองข้างต้น ลำไยอบแห้งถูกเลือกใช้ในการผลิตขนาดใหญ่ ผลการศึกษาหลังการปรับสภาพตัวอย่างดังกล่าว พบว่ามีปริมาณน้ำตาลทั้งหมดและน้ำตาลรีดิวซ์เท่ากับ 157.19 และ 36.43 กรัมต่อลิตร ตามลำดับ ส่วนหลังจากการไฮโดรไลซิส พบว่ามีปริมาณน้ำตาลทั้งหมดและน้ำตาลรีดิวซ์เท่ากับ 271.07 และ 48.21 กรัมต่อลิตร ตามลำดับ หลังจากนั้น นำตัวอย่างที่ได้มาหมักด้วยยีสต์ Saccharomyces cerevisiae ที่ความเข้มข้น 1% เป็นเวลา 24 ชั่วโมง ทำให้ได้ผลผลิตเอทานอลชีวภาพถึง 1.4% และหลังจากการกลั่นจะได้ไบโอเอทานอลเข้มข้นสูงถึง 9% มีค่าความร้อนสูง (HHV) เท่ากับ 4.55 MJ/kg นอกจากนี้ในการทดลองนี้ได้วิเคราะห์สมดุลของมวล พลังงาน และการวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์เพื่อพิจารณาการลงทุนเพื่อดำเนินการในโครงการ