พัฒนากระบวนการหมักเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตเอทานอล

กระบวนการผลิตเอทานอล (แอลกอฮอล์) จากการหมักน้ำตาล เป็นกรรมวิธีโบราณที่รู้จักกันดีสำหรับผลิตแอลกอฮอล์ เพื่อการบริโภคและใช้งานทางการแพทย์ของมนุษย์และในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา เราค้นพบการใช้เอทานอลรูปแบบใหม่อย่างมีนัยยะสำคัญอีกแบบหนึ่ง คือการผสมกับน้ำมันเบนซินเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพ (biofuel)

ด้วยเหตุดังกล่าวข้างต้น ได้ส่งผลกระทบธุรกิจการผลิตเอทานอลทั่วโลก เนื่องจากปริมาณที่ใช้ในการผสมกับน้ำมันเบนซินนั้นมีปริมาณมากกว่าที่เคยผลิตเพื่อการบริโภคอย่างมหาศาล จึงมีความจำเป็นที่ต้องทำการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เพื่อให้สามารถผลิตเอทานอลได้อย่างมีประสิทธิภาพจากวัตถุดิบที่หลากหลาย

ในยุคสมัยก่อน กระบวนการหมักถือเป็นศาสตร์ในการผลิตแอลกอฮอล์ที่เน้นไปทางกลิ่นและรสชาติ แต่ในปัจจุบันประเทศต่างๆ เช่น สหรัฐอเมริกา บราซิล ไทย และอินเดียได้ผลิตเอทานอลสำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพอย่างเป็นระบบ ในประเทศไทย ปริมาณการผลิตเอทานอลในแต่ละวันจะอยู่ที่ 3–3.5 ล้านลิตร ซึ่งการวิเคราะห์และพัฒนากระบวนการผลิตเอทานอลให้มีประสิทธิภาพ จึงมีความสำคัญโดยตรงต่อความสามารถในการทำกำไรจากผลผลิตเอทานอลเป็นอย่างมาก

บทความโดย Pradeep Dhotey รองประธานฝ่ายงานผลิตภัณฑ์ชีวภาพของโรงงานปราชญ์ ผู้เขียนบทความนี้มีประสบการณ์มากว่า 30 ปีเกี่ยวกับโรงงานผลิตเอธานอลและน้ำตาล.

หนึ่งในปัจจัยสำคัญที่สุดของกระบวนการผลิตเพื่อเปลี่ยนน้ำตาลเป็นเอทานอล คือจุลินทรีย์ขนาดเล็กที่เรียกว่า ‘ยีสต์’ ซึ่งในขณะที่การวิจัยต่างๆมุ่งเน้นไปยังปัจจัยที่จะส่งเสริมประสิทธิภาพการผลิตดังต่อไปนี้

  • การคัดเลือกสายพันธุ์ยีสต์ที่เหมาะสม
  • ความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ที่ยีสต์สามารถทนทานได้สูงสุด
  • ปัจจัยที่มีผลต่อความเร็วการเจริญเติบโตและขยายพันธ์ของยีสต์

จากปัจจัยข้างต้นที่กล่าวมาล้วนมีความสำคัญกับประสิทธิภาพของยีสต์ จึงจำเป็นที่จะต้องทำความเข้าใจและพัฒนาสายพันธุ์ของยีสต์เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุดในกระบวนการเปลี่ยนน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว เช่น กลูโคสและฟรุกโตสไปเป็นเอทานอล ถึงแม้ว่ายีสต์จะมีหลายสายพันธุ์ แต่ Saccharomyces Cerevisiae คือสายพันธุ์ที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้น้ำตาลเป็นวัตถุดิบ

อีกปัจจัยที่สำคัญคือคุณลักษณะหรือคุณภาพของวัตถุดิบอื่นๆที่ใช้ในการผลิตเอทานอล เช่น กากน้ำตาล น้ำอ้อยมันสำปะหลัง ข้าวโพด หรือ ข้าว เป็นต้น ในการศึกษาครั้งนี้เราจะพิจารณาวัตถุดิบในกลุ่มน้ำตาลที่นิยมในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้อย่างกากน้ำตาลเป็นหลัก

กระบวนการหมักแอลกอฮอล์โดยใช้กากน้ำตาลกำลังเผชิญกับความท้าทายดังต่อไปนี้

  • กากน้ำตาลมักจะมาพร้อมด้วยกรดอินทรีย์ เช่น Volatile acid ที่มีองค์ประกอบหลักจาก Lactic bacteria และ Mesophilic bacteria ซึ่งส่งผลต่อการทำงานและลดประสิทธิภาพของยีสต์
  • สีของกากน้ำตาลมาจากคาราเมล หากมีค่าสูงกว่า 0.35 O.D. (Optical Density) จะทำให้ประสิทธิภาพการ
    ทำงานของยีสต์ตกลงอย่างมีนัยยะ
  • ในบางครั้งกากน้ำตาลก็มีสารอาหารอื่นๆที่จำเป็นต่อยีสต์น้อยมาก ดังนั้นต้องเติมสารอาหารตามเหมาะสมเพื่อสุขภาพและการเจริญเติบโตที่ดีของยีสต์ก็มีความจำเป็น
  • สารแขวนลอยในกากน้ำตาล เช่นแคลเซียม, ซิลิก้าและอื่นๆ ทำให้เกิดปัญหาตะกอนในกระบวนการหมัก
  • นอกจากน้ำตาลที่หมักได้แล้ว กากน้ำตาลยังมีน้ำตาลหลงเหลือที่ไม่สามารถหมักได้ราวถึงสารอนินทรีย์ และสารอินทรีย์ เช่นโปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต ยางเหนียว แว็กซ์ เป็นต้น
Yeast Cells Photo

ดังนั้นเพื่อให้ประสิทธิภาพในกระบวนการหมักมีเสถียรภาพจึงจำเป็นต้องมีความรู้และศึกษาผลการวิเคราะห์กากน้ำตาลในเชิงลึก แล้วนำสิ่งเหล่านี้ไปพัฒนาเลือกสายพันธุ์ยีสต์ที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม ตัวปริมาณน้ำตาลเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอทำให้กระบวนการหมักมีประสิทธิภาพ

  • สารอาหารเสริมมีความจำเป็นเพื่อประสิทธิภาพการเผาผลาญอาหารของยีสต์ที่ดีขึ้น
  • ปริมาณกรด Volatile acid หรือแรงดันออสโมติกที่สูงขึ้น จะลดประสิทธิภาพการเผาผลาญอาหารของยีสต์ และส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพกระบวนการหมักให้ลดลง
  • สภาพแวดล้อมที่สะอาดมีอนามัยดี และมีอุณหภูมิ pH ที่เหมาะสม มีบทบาทสำคัญในระหว่างกระบวนการหมักยีสต์
  • แบคทีเรียที่ปนเปื้อนมากับวัตถุดิบยังมีบทบาทสำคัญในการหมักอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากแบคทีเรียบริโภคน้ำตาลจึงมีการสูญเสียน้ำตาลที่หมักได้ ซึ่งที่จริงแล้วควรจะเปลี่ยนเป็นเอทานอลโดยยีสต์

เพื่อก้าวข้ามข้อจำกัดเหล่านี้ จึงควรมีวิธีการที่เป็นระบบ เพื่อให้การหมักมีประสิทธิภาพ ดังนั้น ควรพิจารณาปัจจัยสำคัญดังต่อไปนี้

  • หลักการดำเนินการหมักขั้นสูงโดยใช้วัสดุและการวางท่อที่ถูกสุขลักษณะ รวมทั้งควรมีข้อก􀄽ำหนดที่เพียงพอสำหรับการทำความสะอาดระหว่างการปฏิบัติงาน
  • การวางแผนใช้วัตถุดิบเหมาะสมตามฤดูกาลของวัตถุดิบในเรื่องที่เกี่ยวกับคุณภาพ
  • ปรับใช้ยีสต์ให้ถูกชนิดสำหรับกระบวนการต่างๆ
  • แก้ไขการใช้สารเติมแต่งในรูปแบบของการเพิ่มประสิทธิภาพและลดการปนเปื้อน

Praj Industries เป็นบริษัทผู้นำด้านเทคโนโลยีการผลิตเอทานอลของโลกที่ดำเนินงานมากว่า 35 ปี ออกแบบและก่อสร้างโรงเอทานอลมามากกว่า 750 แห่งใน 75 ประเทศทั่วโลก และในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ Praj Industries ได้ดำเนินงานมามากกว่า 50 โครงการ มีเอทานอลมากกว่า 3 ล้านลิตรผลิตทุกวันจากโรงงานที่ใช้เทคโนโลยีของ Praj Industries ในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้

Praj Industries มีศูนย์วิจัยและพัฒนาเป็นของตนเองในนามว่า Praj Matrix ซึ่งดำเนินการวิจัยอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงกระบวนการต่างๆ รวมถึงการพัฒนาสายพันธุ์ยีสต์ที่เหมาะสมกับวัตถุดิบทุกประเภท สายพันธุ์ยีสต์เหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งในสิทธิบัตรทางเทคโนโลยีของ Praj ที่ลูกค้าสามารถขอรับยีสต์ที่เพาะพันธุ์ขึ้นมาใหม่ได้โดยไม่มีค่าใช้จ่ายใดๆ

ฝ่ายงานผลิตภัณฑ์ชีวภาพของ Praj มีฐานข้อมูลจากการวิเคราะห์วัตถุดิบที่หลากหลาย และจากประสบการณ์การทำงาน ทำให้เราสามารถพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่เพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการหมัก ในกิจการโรงงานน้ำตาลอีกด้วย

Effytone คือกลุ่มผลิตภัณฑ์ที่ถูกออกแบบมาอย่างพิถีพิถันเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและผลผลิตให้กับกระบวน การหมัก ผลิตภัณฑ์นี้ได้รับการปรับแต่งแตกต่างกันไปตามวัตถุดิบต่างๆ เช่น กากน้ำตาลจากอ้อย / กากน้ำตาลจากหัวบีท / น้ำเชื่อม ข้าว ข้าวโพด รวมไปถึง มันสำปะหลัง เพราะวัตถุดิบแต่ละชนิดมีลักษณะพิเศษในกระบวนการหมักที่แตกต่างกัน

Effytone ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของยีสต์ได้ แม้จะอยู่ในสภาวะแวดล้อมในกระบวนการหมักที่โหดร้าย เช่น มีปริมาณของสารแขวนลอยสูง แอลกอฮอล์มีความเข้มข้นของสูง และมีสารปนเปื้อนที่เหลากหลาย โดยไม่เพียงเพิ่มผลผลิตแอลกอฮอล์ แต่ยังควบคุมการผลิตกรดและยับยั้งการปนเปื้อนในระหว่างการหมัก

  • สารเสริมแต่งของ Praj นั้นมีลักษณะพิเศษเฉพาะสำหรับโรงกลั่นแอลกอฮอล์ ที่มีจุดเด่นสำคัญต่างๆ ดังนี้
  • เมื่อใช้ในระหว่างการหมัก จะระงับการเจริญเติบโตของแบคทีเรียและการสร้างกรดเพิ่มเติม เช่น สามารถลดระดับของ acetic acid และ propionic acid เป็นต้น
  • ควบคุมการติดเชื้อที่เกิดจากกรดแลคติคและแบคทีเรีย
  • เอนไซม์ย่อยสลายพอลิเมอร์ที่มีอยู่ ช่วยเสริมสร้างประสิทธิภาพและเปลี่ยนโพลีเมอร์ที่ไม่สามารถละลายได้ของน้ำตาลกลูโคสและซูโครส กลายเป็นน้ำตาลที่หมักได้
  • เอนไซม์ช่วยปลดปล่อย FAN ที่มีอยู่ในตัววัตถุดิบ เพิ่มประสิทธิภาพการเปลี่ยนแปลงโปรตีนให้เป็นไนโตรเจนในรูปแบบที่ยีสต์สามารถดูดซึมได้
  • ให้สารอาหารที่สำคัญต่อยีสต์ในระหว่างกระบวนการหมัก

โดยสรุป เราสามารถกล่าวได้ว่าการหมักเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน แต่ก็สามารถควบคุมให้มีประสิทธิภาพสูงหากปฏิบัติอย่างที่ดีที่สุด การเพิ่มประสิทธิภาพโดยทีมงาน Prajสามารถช่วยผู้ผลิตเอทานอลในการเพิ่มผลผลิตและผลกำไรของโรงงาน เราสามารถดำเนินการวิเคราะห์กระบวนการในระดับโรงงาน รวมทั้งแนะนำหลักสูตรที่เหมาะสมในการปรับปรุงประสิทธิภาพให้กับอุตสาหกรรมได้ตามต้องการ

สารเสริมแต่งสำหรับกระบวนการผลิตน้ำตาล

หลังจากประสบความสำเร็จในการคิดค้นสารเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับโรงกลั่นแอลกอฮอล์ทั่วโลกแล้ว Praj Industries ยังประสบความสำเร็จในด้านการนำเสนอการเพิ่มกระบวนการผลิตน้ำตาลที่เป็นเอกลักษณ์เพื่อก้าวข้ามความท้าทายในกระบวนการผลิตอีกด้วย อาทิ เช่น

  1. การเน่าเสียในกระบวนการผลิตน้ำตาลเนื่องจากจุลินทรีย์ แบคทีเรีย และเชื้อราต่างๆ
  2. โพลีแซคคาไรด์ที่ไม่ใช่น้ำตาล ซึ่งเป็นอุปสรรคสำคัญในกระบวนการผลิตน้ำตาลเนื่องจากมี Dextran และแป้ง

Praj ได้พัฒนาผลิตภัณฑ์ตัวเสริมสร้างประสิทธิภาพดังต่อไปนี้

JUICEZYME เป็นผลิตภัณฑ์ประเภทเดียวที่มีการผสมผสานของเอนไซม์ dextranase & amylase เหมาะสำหรับการย่อยสลายของ Dextran และแป้งในกระบวนการผลิตน้ำตาล

Juicezyme ช่วยลดความหนืดของน้ำเชื่อม ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการกรอง การระเหยและการตกผลึก ทำให้คุณภาพของสีและโครงสร้างผลึกของน้ำตาลปรับปรุงดีขึ้น

JUICESAFE เป็นไบโอไซด์ที่พัฒนาขึ้นโดยเฉพาะเพื่อสุขอนามัยที่ดีขึ้นของโรงงานน้ำตาลและการแปรรูปน้ำอ้อยโดยใช้เส้นใย.