เกาหลีค้นพบนวัตกรรมการผลิตกรดไขมันและเชื้อเพลิงชีวภาพจากกลูโคส

เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยได้ค้นพบกลวิธีแบบใหม่ นั่นคือ การหมักโดยตรงแบบขั้นตอนเดียว เพื่อใช้ผลิตกรดไขมันและเชื้อเพลิงชีวภาพที่สามารถเปลี่ยนจุลินทรีย์จากกลูโคสและน้ำมันให้เป็นเชื้อเพลิงดีเซลจุลินทรีย์

วิธีการดังกล่าวที่พัฒนาโดยศาสตราจารย์ซัง ยับ หลี ซึ่งเป็นนักวิชาการที่เลื่องชื่อและสมาชิกของทีมวิจัยนี้ แสดงให้เห็นประสิทธิผลอันสูงสุดในการผลิตกรดไขมันและเชื้อเพลิงชีวภาพที่ไม่เคยมีรายงานมาก่อน คาดกันว่าจะใช้เป็นพื้นฐานแบบใหม่เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่ทำจากกรดไขมันจากกลูโคสและพื้นผิวคาร์บอนอื่นๆ อีกหลายประเภทได้อย่างยั่งยืน

Autor Dr. Sang Yup Lee leesy@kaist.ac.kr Distinguished Professor at the Department of Chemical and Biomolecular Engineering KAIST

เชื้อเพลิงจากถ่านหินซึ่งเป็นแหล่งพลังงานในชีวิตประจำวันที่ใช้กันมาอย่างยาวนานนั้น กำลังเผชิญกับความท้าทายอันใหญ่หลวง นั่นคือ มีปริมาณทรัพยากรที่ลดลงและเกิดสภาวะโลกร้อน ดังนั้น การผลิตพลังงานชีวภาพที่มีความยั่งยืนและสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้จึงเป็นทางเลือกที่มีความจำเป็นและการศึกษาวิจัยหลายๆ ชิ้นเสนอวิธีการมากมายที่จะทดแทนเชื้อเพลิงจากถ่านหินดังกล่าว หนึ่งในนั้นก็คือการใช้ไบโอดีเซล ในปัจจุบัน มีการผลิตไบโอดีเซลด้วยปฏิกิริยาจากการเปลี่ยนผ่านน้ำมันพืชหรือไขมันจากสัตว์ เป็นต้น

กลุ่มนักวิจัยของศ. หลี ใช้จุลินทรีย์ที่เป็นไขมันของ Rhodococcus opacus เพื่อผลิตกรดไขมันและอนุพันธ์ที่สามารถใช้เป็นไอโอดีเซลจากกลูโคส ซึ่งเป็นหนึ่งในส่วนประกอบของน้ำตาลที่หาได้ง่าย ราคาถูกและได้มาจากชีวมวลที่ไม่สามารถบริโภคได้อีกด้วย

ที่ผ่านมา ทีมวิจัยของศ. หลีได้ใช้ Escherichia coli เพื่อผลิตไฮโดรคาร์บอนแบบห่วงสั้นซึ่งสามารถใช้เป็นน้ำมันรถยนต์ได้ (งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature ในฐานะเป็นบทความเด่นเมื่อปี ค.ศ. 2013) อย่างไรก็ตาม ประสิทธิผลในการผลิตไฮโดรคาร์บอนแบบห่วงสั้นที่ใช้ Escherichia coli นี้ไม่อาจบรรลุถึงขั้นใช้ในเชิงพาณิชย์ได้

เพื่อผลทางการค้า ทีมวิจัยกลุ่มนี้จึงใช้ Rhodococcus opacus ซึ่งเป็นตัวรวมน้ำมันในฐานะจุลินทรีย์หลักในการศึกษา ขั้นแรก มีการปรับสภาวะการเพาะเลี้ยงให้เกิดการรวมน้ำมันแบบ triacylglycerol ที่สูงที่สุดซึ่งจะใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับการสังเคราะห์ของกรดไขมันและอนุพันธ์อื่นๆ หลังจากนั้น ทีมนักวิจัยจะวิเคราะห์อย่างเป็นระบบถึงรูปแบบการเผาผลาญก่อนจะมีการออกแบบใหม่ให้เกิดกรดไขมันในระดับที่สูงขึ้นและมีการผลิตไบโอดีเซลสองประเภทที่ใช้กรดไขมันเป็นอนุพันธ์ (กรดไขมันเอทิลเอสเทอร์และไฮโดรคาร์บอนสายยาว)

นักวิจัยกลุ่มนี้พบว่าเกิดการผลิตกรดไขมัน กรดไขมันเอทิลเอสเทอร์ และไฮโดรคาร์บอนสายยาวแบบแยกประเภททั่วไปจำนวน 50.2 21.3 และ 5.2 ตามลำดับ ซึ่งเป็นการค้นพบที่ยังไม่เคยมีรายงานมาก่อนจากการหมักจุลินทรีย์ จึงคาดกันว่ากรดไขมันทั้งสามประเภทจะมีคุณประโยชน์ต่อการประกอบอุตสาหกรรมเกี่ยวกับการผลิตไบโอดีเซลแบบใช้การหมักจุลินทรีย์ต่อไปในอนาคต

“เทคโนโลยีนี้จะสร้างไปดอดีเซลและกรดไขมันที่มีประสิทธิภาพสูงโดยการใช้ลิกโนเซลลูโลสที่ถือเป็นทรัพยากรที่หาได้ง่ายที่สุดประเภทหนึ่งในโลก โดยปราศจากการพึ่งพาเชื้อเพลิงจากถ่านหินและน้ำมันจากพืชและสัตว์ นี่เป็นโอกาสใหม่สำหรับการเปลี่ยนอุตสาหกรรมน้ำมันและปิโตรเลียมซึ่งมักจะต้องใช้เชื้อเพลิงจากถ่านหินมาเป็นเทคโนโลยีชีวภาพแบบยั่งยืนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมต่อไป” ศ. หลีแถลง

บทความนี้มีชื่อว่า “การวิศวกรรมของแบคทีเรีย Oleaginous เพื่อการผลิตกรดไขมันและเชื้อเพลิง (Engineering of an oleaginous bacterium for the production of fatty acids and fuels) ซึ่งตีพิมพ์ลงในวารสาร Nature Chemical Biology เมื่อวันที่ 17 มิถุนายน

งานชิ้นนี้ได้รับการสนับสนุนจากโครงการการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อแก้ปัญหาสภาวะสภาพอากาศผันผวนด้านการวิศวกรรมระบบการเผาผลาญเพื่อการสกัดสารทางชีวภาพ ของมูลนิธิการวิจัยแห่งชาติประจำกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสารสนเทศ ประเทศเกาหลี

(คำอธิบายรูปภาพ การวิศวกรรมการเผาผลาญเพื่อการผลิตกรดไขมันอิสระ กรดไขมันเอทิลเอสเทอร์ และไฮโดรคาร์บอนแบบสายยาวใน Rhodococcus opacus PD630 นักวิจัยได้นำเสนอกลวิธีใหม่สำหรับการผลิตกรดไขมันและเชื้อเพลิงชีวภาพที่มีประสิทธิผลซึ่งสามารถเปลี่ยนกลูโคสและจุลินทรีย์ที่เป็นไขมันให้กลายเป็นเชื้อเพลิงดีเซลจุลินทรีย์ด้วยการผลิตจากการหมักโดยตรงในขั้นตอนเดียว)

ผู้แต่ง: ดร. ซัง ยับ หลี
leesy@kaist.ac.kr
ศาสตราจารย์เกียรติคุณแห่งภาควิชาวิศวกรรมเคมีและโมเลกุลชีวภาพ