ridm@nrct.go.th   ระบบคลังข้อมูลงานวิจัยไทย   รายการโปรดที่คุณเลือกไว้

การพัฒนาเทคโนโลยีการอบแห้งสารชีวมวลจากจุลินทรีย์

หน่วยงาน สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ

รายละเอียด

ชื่อเรื่อง : การพัฒนาเทคโนโลยีการอบแห้งสารชีวมวลจากจุลินทรีย์
นักวิจัย : โสฬส สุวรรณยืน , Solot Suwanayuen
คำค้น : Biochemistry , Biological products , Biological sciences , Biology and biochemistry , BT-B-07-2F-B5-001 , Drying , Microorganisms , Saccharomyces cerevisiae , การอบแห้ง , จุลินทรีย์ , ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ , สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย , สารชีวมวล
หน่วยงาน : สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ
ผู้ร่วมงาน : -
ปีพิมพ์ : 2542
อ้างอิง : http://www.nstda.or.th/thairesearch/node/2119
ที่มา : -
ความเชี่ยวชาญ : -
ความสัมพันธ์ : -
ขอบเขตของเนื้อหา : -
บทคัดย่อ/คำอธิบาย :

อบแห้งสารชีวมวล คือยีสต์ Saccharomyces cerevisiae ซึ่งเป็นตัวอย่างสารชีวมวลที่นิยมใช้กันมาก ศึกษาอัตราการรอดชีวิตหลังผ่านกระบวนการอบแห้งพบว่า การเติมสารเติมแต่งประเภทต่าง ๆ คือ สารช่วยให้อยู่ตัว เช่น Carboxy Methyl Cellulose (CMC), guar gum, karaya gum สารช่วยให้เกิดอิมัลชัน เช่น Span 60 และสารกันหืน เช่น propyl gallate, BHA, BHT รวมทั้งเกลือแร่เช่น CaHPO4พบสูตรสารเติมแต่งที่เหมาะสมที่จะนำมาใช้ร่วมกันได้ดีคือ 1.15 % guar gum 7.5 % span 60 และ 1.0 % CaHPO4 (น้ำหนักสาร/น้ำหนักเซลล์แห้ง) ตามลำดับ โดยให้อัตราการรอดชีวิตของยีสต์สูงสุดถึง 43.02 % ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับการอบแห้งที่ไม่มีการเติมสารเติมแต่งจะได้อัตราการ รอดชีวิตเพียง 7-10 % เมื่อให้ครีมยีสต์ซึ่งมีจำนวนเซลล์ที่มีชีวิตรอดเป็น 100 % โดยกระบวนการอบแห้งในขั้นตอนนี้ศึกษาระดับห้องปฏิบัติการโดยใช้เทคนิค Freeze-drying ขั้นต่อไปเป็นการศึกษาการอบแห้งด้วยเครื่องฟลูอิดไดซ์เบดระดับโรงงานต้นแบบ โดยขั้นตอนที่สำคัญก่อนการอบแห้งคือ การขึ้นรูปยีสต์ สารขึ้นรูปที่นำมาใช้กับยีสต์คือ รำข้าวสาลี โดยผสมยีสต์กับรำข้าวสาลีในสัดส่วน 1:1 (dry basis) และใช้เครื่องตัดให้ได้ยีสต์ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 มิลลิเมตร แต่มีขนาดความยาวต่างกัน 3 ขนาด คือ 1.2 ? 0.1 มิลลิเมตร, 1.6 ? 0.6 มิลลิเมตร และ 3.2 ? 0.9 มิลลิเมตร จากนั้นศึกษาการอบแห้ง ที่อัตราการเคลื่อนที่ของลมร้อน 1.4 เมตร/วินาที ความสูงเฉลี่ยของ Dynamic Fluid Bed 11 เซนติเมตร ซึ่งพบว่าเมื่อใช้น้ำหนักเริ่มต้นของเบดยีสต์เฉลี่ย 220 กรัม ได้ความสูงของ Fixed bed 5.5 เซนติเมตร และศึกษาอุณหภูมิอากาศในการอบแห้งที่ 40, 60 และ 80 oC พบปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อการอบแห้งยีสต์แห้ง เพื่อให้ได้อัตรารอดชีวิตสูงสุดหลังการอบแห้ง คือ 1. อุณหภูมิของอากาศร้อน พบว่ามีผลต่ออัตราการรอดชีวิตของยีสต์ในระหว่างการอบแห้งอย่างมีนัยสำคัญที่ ระดับความเชื่อมั่น 95 เปอร์เซ็นต์ การเพิ่มอุณหภูมิอากาศร้อนทำให้อัตราการอบแห้งเร็วขึ้น แต่ทำให้คุณภาพยีสต์แห้งต่ำลง (มีจำนวนเซลล์ที่รอดชีวิตลดลง) เมื่อใช้อุณหภูมิอากาศร้อนที่ 40 oC 60 oC และ 80 oC เพื่ออบแห้งยีสต์ให้ได้ความชื้นสุดท้าย 4-8 เปอร์เซ็นต์ พบว่าที่ 40 oC เป็นอุณหภูมิที่เหมาะสมที่ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีอัตราการรอดชีวิตสูงสุดราว 35-40 % ภายในช่วงความชื้นที่ต้องการ 2. ขนาดความยาวของเม็ดยีสต์ เมื่อเลือกใช้ยีสต์ที่มีความยาว 1.2 ? 0.1 มิลลิเมตร 1.6 ? 0.6 มิลลิเมตร และ 3.2 ? 0.9 มิลลิเมตร และเส้นผ่าศูนย์กลางเท่ากันคือ 1 มิลลิเมตร พบว่า ขนาดเม็ดยีสต์ที่นำไปอบแห้งมีผลต่ออัตราการรอดชีวิตในระหว่างการอบแห้งอย่าง มีนัยสำคัญที่ระดับความเชื่อมั่น 95 % กล่าวคือเม็ดยีสต์ที่มีขนาดสั้นกว่าจะมีอัตราการรอดชีวิตต่ำกว่าเม็ดยีสต์ ที่มีขนาดใหญ่กว่า อย่างไรก็ดี ได้เลือกใช้ยีสต์ที่มีขนาดสั้นที่สุดคือ 1.2 ? 0.1 มิลลิเมตร เพื่อการทดลองต่อไป เนื่องจากขนาดที่สั้นกว่าจะเป็นที่ต้องการของตลาดมากกว่าเนื่องจากมี คุณสมบัติการกระจายในน้ำได้ดีกว่าซึ่งทำให้สะดวกต่อผู้ใช้ การศึกษาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของอัตราการรอดชีวิตของยีสต์ พบว่าเป็นจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาอันดับหนึ่ง โดยความเร็วของปฏิกิริยาแสดงได้ด้วยค่าคงที่ของอัตราการตาย (Kd) ของยีสต์ ที่เป็นฟังก์ชันกับการเปลี่ยนแปลงปริมาณความชื้นและอุณหภูมิของเม็ดยีสต์ ในระหว่างการอบแห้ง หรือเขียนในรูปสมการได้ว่า Kd = f(X,T) พบว่าค่าคงที่ของอัตราการตายของยีสต์เป็นฟังก์ชันกับอุณหภูมิของยีสต์ตาม ความสัมพันธ์ของอาร์ริเนียส โดยค่าคงที่ของอาร์ริเนียสและค่าพลังงานกระตุ้นไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ แต่ค่าคงที่ของอาร์ริเนียสจะเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณความชื้นภายในเม็ดยีสต์ลด ลงแบะอุณหภูมิภายในเม็ดยีสต์เพิ่มขึ้นระหว่างการอบแห้ง ขณะที่ค่าพลังงานกระตุ้นจะลดลงเมื่อปริมาณความชื้นลดลง และจากกราฟการอบแห้ง พบว่า สามารถแบ่งช่วงการอบแห้งทั้งหมดได้เป็นสองช่วงคือ ช่วงแรกซึ่งเป็นช่วงอัตราการอบแห้งคงที่ และช่วงที่สองเป็นช่วงอัตราการอบแห้งลดลง การศึกษาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ความชื้นโดยรวม (D) ที่เป็นฟังก์ชันกับการเปลี่ยนแปลงปริมาณความชื้นและอุณหภูมิของเม็ดยีสต์ใน ระหว่างการอบแห้ง เขียนในรูปสมการได้ว่า D = f(X,T) เพื่อใช้ทำนายการเปลี่ยนแปลงความชื้นของเม็ดยีสต์ในระหว่างการอบแห้ง พบว่าค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ความชื้นโดยรวมภายในเม็ดยีสต์ที่คำนวณได้จาก ความชันของเส้นโค้งการอบแห้ง จะแปรเปลี่ยนตามความชื้นของเม็ดยีสต์ในระหว่างการอบแห้ง และเป็นฟังก์ชันกับอุณหภูมิของเม็ดยีสต์ตามความสัมพันธ์ของอาร์ริเนียสเช่น กัน แต่ค่าคงที่ของอาร์ริเนียสจะลดลงเมื่อปริมาณความชื้นลดลง ขณะที่ค่าพลังงานกระตุ้นเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณความชื้นลดลง และเมื่อใช้สูตรยีสต์ที่ผสมร่วมกับสารเติมแต่ง คือ guar gum, span 60 และ CaHPO4 ในปริมาณ 1.15 % , 7.5 % และ 1.0 % (น้ำหนักสาร/น้ำหนักแห้งเซลล์) ตามลำดับ ในการอบแห้งยีสต์แบบกะในเครื่องอบแห้งแบบฟลูอิดไดซ์เบด โดยใช้ยีสต์ขนาด 1.2?0.1 มิลลิเมตร ที่อุณหภูมิ 40 oC ความเร็วลม 1.4 เมตรต่อวินาที พบว่า ผลิตภัณฑ์ที่ได้หลังการอบแห้งมีอัตราการรอดชีวิตสูงขึ้น คือ 62.3 - 71.0 % เมื่อเปรียบเทียบกับการอบแห้งที่ไม่มีการเติมสารเติมแต่ง ซึ่งได้อัตราการรอดชีวิตเพียง 35-40 % ที่ความชื้นสุดท้ายของยีสต์ 4-8 % และเมื่อศึกษาแบบจำลองที่ใช้ทำนายอัตราการรอดชีวิตของยีสต์ในการอบแห้งใน ครื่องอบแห้งแบบต่อเนื่อง โดยศึกษาลักษณะการเคลื่อนที่ของเม็ดยีสต์ในเครื่องอบแห้ง พบว่าลักษณะการไหลของเม็ดยีสต์เข้าใกล้การไหลแบบ Plug Flow ซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยค่า Axial Dispersion Number ที่เป็นฟังก์ชันกับค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ความชื้นของเม็ดยีสต์ ซึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มของการสั่นและอัตราการป้อนเม็ดยีสต์ จากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่สร้างขึ้นเพื่อทำนายอัตราการรอดชีวิต เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงความชื้น และอุณหภูมิของเม็ดยีสต์ในระหว่างการอบแห้งในเครื่องอบแห้งแบบต่อเนื่อง ให้ลักษณะการเคลื่อนที่ของเม็ดยีสต์เป็นแบบ Dispersion flow ในแนวแกนแบบทางเดียว ซึ่งมีลักษณะไม่แตกต่างจาก plug flow และเมื่อนำแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของเม็ดยีสต์หนึ่งอนุภาคที่ใช้ทำนายค่าความ ชื้นและอุณหภูมิของแต่ละเม็ดยีสต์นี้ ไปใช้ร่วมกับแบบจำลองเชิงเส้นของอัตราการตายของยีสต์ จะสามารถทำนายค่าเฉลี่ยความชื้น อุณหภูมิ และอัตราการรอดชีวิตของยีสต์ในอนุภาคเม็ดนั้นได้ และเมื่อนำแบบจำลองที่ใช้ทำนายสำหรับอนุภาคยีสต์หนึ่งเม็ดนี้ไปประยุกต์ใช้ ร่วมกับ Integral Population Balance Model ในการคำนวณผลการอบแห้งที่มีต่อความชื้น อุณหภูมิ และอัตราการรอดชีวิตของยีสต์ในเครื่องฟลูอิดไดซ์เบดแบบต่อเนื่อง ซึ่งขึ้นกับฟังก์ชั่นการกระจายตัวของเวลาที่เม็ดยีสต์อยู่ภายในเครื่องอบ แห้ง พบว่าได้ผลการคำนวณที่สอดคล้องกับผลการทดลอง

บรรณานุกรม :
โสฬส สุวรรณยืน , Solot Suwanayuen . (2542). การพัฒนาเทคโนโลยีการอบแห้งสารชีวมวลจากจุลินทรีย์.
    ปทุมธานี : สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ.
โสฬส สุวรรณยืน , Solot Suwanayuen . 2542. "การพัฒนาเทคโนโลยีการอบแห้งสารชีวมวลจากจุลินทรีย์".
    ปทุมธานี : สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ.
โสฬส สุวรรณยืน , Solot Suwanayuen . "การพัฒนาเทคโนโลยีการอบแห้งสารชีวมวลจากจุลินทรีย์."
    ปทุมธานี : สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ, 2542. Print.
โสฬส สุวรรณยืน , Solot Suwanayuen . การพัฒนาเทคโนโลยีการอบแห้งสารชีวมวลจากจุลินทรีย์. ปทุมธานี : สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ; 2542.