กระบวนการปรับปรุงคุณภาพเส้นใยพืชด้วยกระบวนการทางชีวภาพ

Keyword:     eco fibers  กระบวนการปรับปรุงเส้นใยพืช 

สาคร ชลสาคร*

 

กระบวนทางชีวภาพ (biological refining) เป็นวิธีการปรับปรุงคุณภาพเส้นใยพืชด้วยจุลินทรีย์  สามารถใช้ในการปรับปรุงคุณภาพเส้นใยพืชประเภทลิกโนเซลลูโลสและยังเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการแยกสกัดเส้นใยด้วยเอนไซม์ การใช้จุลินทรีย์ในการปรับปรุงคุณภาพเส้นใย จุลินทรีย์มักจะทำหน้าที่ในการย่อยสลายลิกนิน และเฮมิเซลลูโลส   ส่วนเซลลูโลสจะถูกย่อยน้อยมาก  เพราะมีความต้านทานต่อการถูกจุลินทรีย์ย่อยได้มากกว่าส่วนอื่นๆ ของลิกโนเซลลูโลส ซึ่งจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพสูงในการปรับปรุงคุณภาพเส้นใยพืชด้วยกระบวนการทางชีวภาพ ได้แก่  เชื้อราสีน้ำตาล  สีขาว และ เชื้อราอ่อนซึ่งเชื้อราขาว มีหลายชนิด อาทิ พาเนอรอทเอค ไครโซสโพเรียม (phanerochaete chrysosporium) ซีริพอเรีย เลคเซอเรต (ceriporia lacerate) ไซเอทัส สเตอโคเลอรัส (cyathus stercolerus) เซอริพอไรโอซิส สับเวอร์มิสเฟอรา (ceriporiopsis subvermispora)  ไซโนพอรัส ซินเนอบารินัส (pycnoporus cinnarbarinus)  และ เพอโรตัส ออสทรีอัส (pleurotus ostreaus) (Kumar et al., 2011; Sreenath et al.,2001; Slininger et al., 1982)

        การใช้เอนไซม์ในการย่อยสลายเส้นใยพืช ประกอบด้วยปัจจัยต่างๆ อาทิ ความเข้มข้น ค่า pH และอุณหภูมิ  เป็นเทคโนโลยีที่ใช้มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1960s โดยเริ่มต้นใช้เอนไซม์ในขั้นตอนของการทำความสะอาดสิ่งทอ  ต่อมาก็มีการพัฒนาเอนไซม์เพื่อใช้กับสิ่งทอเพื่อสุขภาพ และในปัจจุบันก็มีการใช้เอนไซม์กับสิ่งทอเพื่อสิ่งแวดล้อม (Paulo and Gübitz, 2003) ซึ่งในการย่อยเส้นใยด้วยเอนไซม์ (enzymatic hydrolysis) เป็นวิธีการย่อยสลายควบคู่กับการหมัก (simultaneous saccharification and fermentation, SSF) การใช้เอนไซม์มีความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าการใช้กรดและให้ผลผลิตสูงกว่าการหมัก ในโรงงานอุตสาหกรรมนิยมใช้การย่อยด้วยกรดมากกว่าการย่อยด้วยเอนไซม์และการใช้เอนไซม์จะต้องมีการบ่มก่อนจึงจะให้ผลผลิตสูงแต่การบ่มจะทำให้เสียค่าใช้จ่ายสูง หลังผ่านการย่อยแล้วผลิตภัณฑ์ที่ได้เป็นคาร์โบไฮเดรตซึ่งจะถูกนำไปหมักด้วยจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรีย รา และยีสต์ต่อไป สามารถใช้ย่อยสลายเซลลูโลส  เฮมิเซลลูโลส และลิกนิน  ดังตัวอย่างงานวิจัยที่มีการศึกษาการแยกสกัดเส้นใยไผ่โดยการใช้เอนไซม์ โดยทั่วไปโครงสร้างของไผ่จะมีลักษณะเป็นกลุ่มเส้นใยดังภาพที่ 1

(ก)                                                               (ข)

ภาพที่ 1 โครงสร้างของเส้นใยไผ่ (ก) ชั้นผนังเซลล์  (ข) ภาพตัดตามขวาง

ที่มา: Paulo and Gübitz (2003)

        จากภาพที่ 1 แสดงโครงสร้างเส้นใยไผ่ที่ผ่านการแยกสกัดด้วยวิธีการเชิงกล ในการปรับปรุงคุณภาพเส้นใยด้วยเอนไซม์ พบว่า กลุ่มเส้นใยไผ่ที่มีชั้นผนังเซลล์มัดรวมกันอย่างหนาแน่น ก็สามารถย่อยสลายได้ด้วยการใช้เอนไซม์ ดังแสดงในภาพที่ 2

(ก)                        (ข)                       (ค)                           (ง)                         (จ)

 

ภาพที่ 2 การปรับปรุงคุณภาพเส้นใยไผ่  (ก) ลำต้นไผ่ (ข) ลำต้นไผ่ที่ผ่าแล้ว (ค) เส้นใยที่ผ่านการขูด

             (ง) อ่างแช่เอนไซม์ (จ) เส้นใยไผ่ที่ผ่านการปรับปรุงคุณภาพ

ที่มา: Paulo and Gübitz (2003)

        การย่อยสลายเส้นใยด้วยกระบวนการชีวภาพ ถือเป็นวิธีการที่ต้องพึ่งพาจุลินทรีย์ชนิดต่างๆ ที่เป็นแบคทีเรียและเชื้อรา รวมทั้งเอนไซม์ที่ผลิตจากจุลินทรีย์เหล่านี้ เชื้อราทั้งชนิดสีขาวนุ่ม  สีน้ำตาล และชนิดนิ่ม สามารถย่อยสลายเซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส และลิกนินได้ โดยเชื้อราชนิดสีน้ำตาล มีบทบาทสำคัญในการย่อยเซลลูโลส ในขณะที่เชื้อราชนิดสีขาวนุ่ม จะเข้าย่อยสลายลิกนินและเฮมิเซลลูโลส จากการทดลองนำลิกโน-เซลลูโลสมาหมักกับเชื้อราเหล่านี้ ที่อุณหภูมิ 25-35 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3-22 วัน พบว่า เฮมิเซลลูโลส และ ลิกนิน ถูกย่อยสลายไปได้มากถึงร้อยละ 45-75 และ ร้อยละ 65-80 ตามลำดับ

 

 


เอกสารอ้างอิง

 

Kumar S, Singh, S.P., Mishra, I.M. and D.K. Adhikari. 2011. Continuous ethanol production by Kluyveromyces sp. IIPE453 immobilized on bagasse chips in packed bed reactor, Journal of Petroleum Technology and Alternative Fuels, 2, 1-6.

 

Paulo, C.A and G. M. Gübitz. 2003. Textile processing with enzymes. Woodhead Publishing Limited Cambridge England.

*สาคร ชลสาคร

สาขาวิชาสิ่งทอและเครื่องนุ่งห่ม คณะเทคโนโลยีคหกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี

 
 

Share this Post:
View article: 288