กระบวนการทางชีวภาพสร้างผลิตผลพลอยได้มูลค่าสูงเคียงคู่เชื้อเพลิงชีวภาพ

คณะนักวิจัยประจำศูนย์นวัตกรรมพลังงานชีวภาพและผลิตภัณฑ์ชีวภาพขั้นสูง (CABBI) ได้คิดค้นกระบวนการที่สามารถสร้างผลิตภัณฑ์ใหม่จากอ้อยน้ำมันเพื่อเพิ่มมูลค่าให้สูงขึ้น ตามปกติแล้วกระบวนการกลั่นทางเคมีชีวภาพจะนำอ้อยมาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเชื้อเพลิงเอทานอล กล่าวคือนำต้นอ้อยมาคั้นน้ำออก และนำน้ำอ้อยไปแปรรูปเป็นเชื้อเพลิง ส่วนกากชานอ้อยที่เหลือจากการคั้นน้ำออกแล้วจะถูกนำไปเผาไหม้

อย่างไรก็ตามในงานวิจัยฉบับใหม่ที่เผยแพร่ทางวารสาร Bioresource Technology คณะนักวิจัยของ CABBI มีการคิดค้นกระบวนการทางชีวภาพที่สามารถสร้างผลิตภัณฑ์มูลค่าสูงจากชานอ้อยเหลือทิ้งขึ้นมาได้ หมายความว่าต่อไปนี้อ้อยน้ำมันจะเป็นพืชที่สร้างผลิตภัณฑ์ได้หลากหลายชนิด กระบวนการนี้จะดึงประโยชน์ของอ้อยออกมา ในการเป็นแหล่งพลังงานที่ยั่งยืนเพื่อตอบสนองความต้องการ ควบคู่ไปกับการสร้างรายได้เพิ่มเติมจากผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่เกิดขึ้น

โดยคณะนักวิจัยได้ทำการทดลองกับอ้อยน้ำมันที่เกิดจากการดัดแปลงพันธุกรรมของอ้อย มีคุณสมบัติในการกักเก็บไขมันไว้ที่เนื้อเยื่อเพื่อให้สามารถคืนสภาพไขมันพืชและแอนโทไซยานิน (สารให้สีตามธรรมชาติ) ขณะผ่านกระบวนการแปรรูปทางชีวภาพได้

ศิวลี บาเนอร์จี ผู้จัดทำงานวิจัยลำดับแรกและเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกประจำภาควิชาวิศวกรรมการเกษตรและชีววิทยาของมหาวิทยาลัยอิลลินอย เออร์แบนา-แชมเปญจน์ อธิบายไว้ว่า

“คณะผู้วิจัยทำการวิเคราะห์องค์ประกอบของอ้อยน้ำมันก่อนแล้วเลือกส่วนที่มีมูลค่ามากที่สุด และคิดค้นกระบวนการที่สามารถคืนสภาพให้กับผลิตผลมูลค่าสูงควบคู่ไปกับการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพได้”

แอนโทไซยานินเป็นสารที่ก่อให้เกิดสีในผลไม้ ผัก ธัญพืช และดอกไม้ต่าง ๆ มีการนำมาใช้เป็นสารแต่งสีธรรมชาติอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง อาหาร ยารักษาโรค รวมถึงสิ่งทอ และนับว่ามีความปลอดภัยกว่าการใช้สีสังเคราะห์ที่เป็นสารเคมี

แต่ว่าต้นทุนการผลิตและนำสารแต่งสีธรรมชาติกลับมาใช้ใหม่มักจะสูงกว่าสารแต่งสีสังเคราะห์ เนื่องจากพืชที่อุดมด้วยสารแอนโทไซยานินอย่างเช่นตระกูลเบอร์รี่และกะหล่ำแดง ต่างเป็นที่ต้องการสูงในตลาดอาหาร ดังนั้นการหันไปสกัดแอนโทไซยานินจากชานอ้อยน้ำมันแทนจะสามารถผลิตเป็นสารแต่งสีธรรมชาติได้ด้วยต้นทุนที่ต่ำลงและไม่กระทบวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตอาหารอีกด้วย ในประเด็นนี้ Banerjee กล่าวเสริมอีกว่า

“เรื่องนี้เป็นประโยชน์กับทุกฝ่าย เพราะนอกจากสารแต่งสีธรรมชาติแล้ว เรายังสามารถสกัดไขมันพืชกับน้ำตาลที่ใช้ในกระบวนการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพได้จากอ้อยน้ำมันในที่เดียว”

พันธกิจด้านพลังงานชีวภาพของ CABBI คือการพัฒนาแนวทางเพาะปลูกพืชพลังงานชีวภาพอย่างคุ้มค่า ตลอดจนการแปรรูปชีวมวลให้เป็นสารเคมีมูลค่าสูง รวมไปถึงสร้างการตลาดให้กับเชื้อเพลิงชีวภาพและผลิตผลพลอยได้จากกระบวนการการผลิต ในแง่ของเศรษฐศาสตร์แล้ว การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพด้วยต้นทุนที่ต่ำถือเป็นสิ่งสำคัญ ดังนั้นการได้ผลิตผลพลอยได้มูลค่าสูงจากพืชที่ใช้ในกระบวนการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจะส่งผลให้เกิดความคุ้มค่ามากยิ่งขึ้น

ด้าน วีเจย์ ซิงห์ หัวหน้าคณะผู้วิจัยซึ่งดำรงตำแหน่งรองผู้อำนวยการฝ่ายวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ศาสตราจารย์กิตติคุณและผู้ก่อตั้งภาควิชาวิศวกรรมการเกษตรและชีววิทยา (ABE) และกรรมการบริหารห้องปฏิบัติการวิจัยชีวกระบวนการเชิงบูรณาการ (IBRL) แห่งมหาวิทยาลัยอิลลินอยระบุว่า

“การแปรสภาพองค์ประกอบชีวมวลทั้งหมดให้เกิดประโยชน์สูงสุด ถือเป็นหัวใจสำคัญในการพัฒนากระบวนการกลั่นทางเคมีชีวภาพที่สามารถสร้างผลกำไรได้”

จากเดิมที่พืชพลังงานชีวภาพเหล่านี้ให้ผลผลิตในปริมาณสูงอยู่แล้ว การเพิ่มกระบวนการกลั่นทางเคมีชีวภาพแบบใหม่นี้เข้าไปเพื่อให้สามารถใช้ประโยชน์สูงสุดจากชานอ้อย จะเข้ามาเสริมสร้างโอกาสใหม่จากการสร้างผลิตผลพลอยได้ของพืชผลทางการเกษตรให้มีความหลากหลายมากยิ่งขึ้น ตามที่ Banerjee กล่าวไว้ว่า

“กระบวนการนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับพืชอื่น ๆ ของ CABBI ได้เช่นเดียวกัน การพัฒนากระบวนการกลั่นทางเคมีชีวภาพเพื่อสร้างผลิตผลพลอยได้ทางการเกษตรซึ่งสอดคล้องกับแนวคิดการลดขยะให้เป็นศูนย์ถือเป็นวาระเร่งด่วน และเป็นกุญแจในการก้าวข้ามอุปสรรคไปสู่การสร้างระบบเศรษฐกิจหมุนเวียนที่มีความยั่งยืน”

คณะผู้วิจัยยังประกอบไปด้วย คริสเตน เอลท์ส นักวิจัยชำนาญการประจำห้องปฏิบัติการภาควิชาวิศวกรรมการเกษตรและชีววิทยาแห่งมหาวิทยาลัยอิลลินอย และ กาลิต บราจา ผู้เข้าร่วมโครงการวิจัยฝึกหัดด้านพลังงานชีวภาพเพื่อความยั่งยืน (RISE) ของ CABBI ในมหาวิทยาลัยอิลลินอย

ในระหว่างเข้าร่วมโครงการ RISE ของ CABBI บราจาได้รับการฝึกฝนให้ทำการทดลองสกัดสารที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเพื่อนำสารแต่งสีธรรมชาติที่ได้จากพืชพลังงานชีวภาพกลับมาใช้ใหม่ โดยได้ทำการคำนวณเพื่อหาค่าประมาณความเข้มข้นของแอนโทไซยานินทั้งหมดในชานอ้อยน้ำมันและมีส่วนร่วมในการพัฒนากระบวนการสกัดสารแต่งสีธรรมชาติและไขมันพืช ซึ่งบราจาเล่าให้ฟังว่า

“ดิฉันจะไม่ลืมประสบการณ์ที่ได้จากการฝึกงานกับ CABBI เลยค่ะ ดิฉันได้เรียนรู้ขั้นตอนมากมายของกระบวนการวิจัยและได้พัฒนาทักษะในห้องปฏิบัติการ อีกทั้งยังได้ค้นพบว่าตัวเองต้องการก้าวเข้าไปในสายอาชีพไหนและมีความสนใจในด้านใด นอกจากนี้ยังได้รับความรู้มากมายจากสุดยอดอาจารย์ศิวลีของฉันด้วยค่ะ”

ตลอดระยะเวลาที่เข้าร่วมโครงการ RISE บราจาได้อุทิศตนให้กับงานวิจัยฉบับนี้ด้วยการวิเคราะห์องค์ประกอบของของอ้อยน้ำมัน การสกัดสารแต่งสี และการคืนสภาพไขมันพืช รวมถึงได้พัฒนาทักษะในการสื่อสารเชิงวิทยาศาสตร์จากการจัดทำต้นฉบับงานวิจัยและการนำเสนอข้อมูลการทดลอง