เซลลูเลสสำหรับไบโอเอทานอล — การแซคคาริฟิเคชันเศษวัสดุการเกษตรเพื่อผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสรุ่นที่สอง

แปรรูปชีวมวลลิกโนเซลลูโลส — ซังข้าวโพด กากอ้อย ฟางข้าวสาลี และเศษไม้ — ให้เป็นกลูโคสที่หมักได้ ด้วยเอนไซม์เซลลูเลสความเข้มข้นสูงสำหรับกระบวนการแซคคาริฟิเคชันในการผลิตไบโอเอทานอลรุ่นที่สอง

Short answer

เอทานอลรุ่นที่สองต้องการเซลลูเลสเพราะวัตถุดิบของมันคือเซลลูโลส ไม่ใช่แป้ง เมื่อการปรับสภาพล่วงหน้าได้เปิดโครงสร้างของลิกนิน-เฮมิเซลลูโลสแล้ว สารประกอบเซลลูเลส ได้แก่ เอนโดกลูคาเนส เซลโลไบโอไฮโดรเลส และเบตา-กลูโคซิเดส ที่ทำงานร่วมกัน จะไฮโดรไลซ์เซลลูโลสให้เป็นกลูโคสสำหรับการหมัก ปริมาณเอนไซม์และความรุนแรงของการปรับสภาพล่วงหน้าต้องแลกเปลี่ยนกัน และเป็นตัวกำหนดความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจของโรงงาน

ไบโอเอทานอลรุ่นที่สอง (2G) ซึ่งผลิตจากเศษวัสดุการเกษตรลิกโนเซลลูโลสและพืชพลังงาน แทนที่จะเป็นพืชแป้งหรือน้ำตาลที่แข่งขันกับอาหาร ต้องพึ่งพาเอนไซม์เซลลูเลสเป็นพื้นฐานในการเปลี่ยนเซลลูโลสให้เป็นกลูโคสที่สามารถหมักได้ วัตถุดิบลิกโนเซลลูโลสที่ใช้ในการผลิตไบโอเอทานอล 2G ไม่ว่าจะเป็นซังข้าวโพด กากอ้อย ฟางข้าวสาลี ฟางข้าว หญ้าสวิตช์ และชีวมวลจากไม้ มีปริมาณเซลลูโลส 30–50% ของน้ำหนักแห้ง ซึ่งถือเป็นสารตั้งต้นที่หมักได้หลัก แต่เซลลูโลสนี้ถูกฝังอยู่ในโครงสร้างของเฮมิเซลลูโลสและลิกนินที่ปกป้องมันจากการโจมตีของเอนไซม์ตามธรรมชาติ จึงจำเป็นต้องมีขั้นตอนการปรับสภาพล่วงหน้า (กรดเจือจาง การระเบิดด้วยไอน้ำ ด่าง หรือออร์กาโนซอลว์) ก่อนเข้าสู่กระบวนการแซคคาริฟิเคชันด้วยเอนไซม์ หลังจากการปรับสภาพล่วงหน้าซึ่งช่วยทำลายโครงสร้างของลิกนิน-เฮมิเซลลูโลสและเพิ่มพื้นที่ผิวของเซลลูโลสที่เข้าถึงได้ เอนไซม์เซลลูเลสจะถูกใช้ในขั้นตอนแซคคาริฟิเคชันเพื่อไฮโดรไลซ์สายโซ่เซลลูโลสให้กลายเป็นโมโนเมอร์กลูโคส กระแสกลูโคสที่ได้จากการไฮโดรไลซิสนี้จะถูกนำไปหมักด้วย Saccharomyces cerevisiae หรือจุลินทรีย์ชนิดอื่นเพื่อผลิตเอทานอล ระบบเอนไซม์เซลลูเลสที่จำเป็นสำหรับการแซคคาริฟิเคชันลิกโนเซลลูโลสอย่างมีประสิทธิภาพเป็นสารประกอบเชิงซ้อนหลายองค์ประกอบ ได้แก่ เอนโดกลูคาเนส (EC 3.2.1.4) เซลโลไบโอไฮโดรเลส (EC 3.2.1.91) และเบตา-กลูโคซิเดส (EC 3.2.1.21) ซึ่งทำงานร่วมกันแบบเสริมฤทธิ์เพื่อสลายโครงสร้างผลึกของเซลลูโลสให้เป็นเซลโลไบโอสและกลูโคส เซลลูเลสจาก Trichoderma reesei ถือเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับไบโอเอทานอล 2G เนื่องจาก T. reesei ผลิตสารประกอบเซลลูเลสที่มีสัดส่วนสมดุลดี มีปริมาณเซลโลไบโอไฮโดรเลสสูง และมีการเสริมฤทธิ์กันอย่างแข็งแกร่งระหว่างองค์ประกอบต่าง ๆ สภาวะการแซคคาริฟิเคชันโดยทั่วไปอยู่ที่ pH 4.5–5.5 และ 45°C–55°C โดยปริมาณเอนไซม์ที่ใช้จะถูกกำหนดตามปริมาณเซลลูโลสในสารตั้งต้นที่ผ่านการปรับสภาพแล้ว ขึ้นอยู่กับความรุนแรงของการปรับสภาพ ความเป็นผลึกของเซลลูโลส และเป้าหมายผลผลิตกลูโคส สำหรับโรงงานไบโอเอทานอลอุตสาหกรรมและไบโอรีไฟเนอรี ต้นทุนเอนไซม์ถือเป็นปัจจัยสำคัญต่อความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจของเอทานอล 2G โดยต้นทุนเอนไซม์ต่อลิตรเอทานอลจะต้องลดให้ต่ำที่สุดผ่านกิจกรรมจำเพาะที่สูง การปรับปริมาณให้สอดคล้องกับความรุนแรงของการปรับสภาพ และการเพิ่มประสิทธิภาพผลผลิตกลูโคสที่ปริมาณเอนไซม์ซึ่งคุ้มค่าในเชิงพาณิชย์ ผู้ซื้อฝ่ายเทคนิคมักระบุคุณสมบัติของเอนไซม์เซลลูเลสจากประสิทธิภาพการไฮโดรไลซิสที่ได้จริงบนสารตั้งต้นที่ผ่านการปรับสภาพของตนเอง ระดับการเสริมเบตา-กลูโคซิเดสที่จำเป็น ปริมาณโปรตีน และความเสถียรต่อความร้อนที่อุณหภูมิกระบวนการ

Updated 2026-07-31 · cellulase

การใช้งาน

การแซคคาริฟิเคชันซังข้าวโพดสำหรับเอทานอลจากลิกโนเซลลูโลส

ซังข้าวโพดที่ผ่านการปรับสภาพด้วยกรดเจือจางหรือการระเบิดด้วยไอน้ำที่ระดับของแข็งสูง (15–25% น้ำหนักแห้ง) จะถูกแซคคาริไฟด์ด้วยเอนไซม์เซลลูเลสในปริมาณที่สอดคล้องกับการปรับสภาพ เสริมด้วยเบตา-กลูโคซิเดส ที่ pH 4.8–5.2 และ 50°C เป็นเวลา 48–72 ชั่วโมง ผลผลิตกลูโคสที่ 80–92% ของอัตราการเปลี่ยนเซลลูโลสตามทฤษฎีสามารถทำได้ในสภาวะเหล่านี้ ให้สารตั้งต้นที่หมักได้สำหรับการหมักเอทานอลที่ความเข้มข้นกลูโคส 50–60 g/L ในไฮโดรไลเสต การไฮโดรไลซิสมักดำเนินการที่ระดับของแข็งสูงเพื่อลดการใช้น้ำและเพิ่มความเข้มข้นของกลูโคสสำหรับการหมักในขั้นถัดไป

การไฮโดรไลซิสกากอ้อยด้วยเซลลูเลสสำหรับเอทานอลและกลูโคส

กากอ้อย ซึ่งเป็นเศษเส้นใยที่เหลือจากการสกัดน้ำอ้อย มีเซลลูโลส 35–45% และเป็นวัตถุดิบหลักสำหรับเอทานอล 2G ในภูมิภาคผู้ผลิตอ้อย หลังจากการปรับสภาพด้วยกรดเจือจางหรือด่าง/ไอน้ำที่อุณหภูมิ 180–200°C กากอ้อยจะถูกแซคคาริไฟด์ด้วยเซลลูเลสในปริมาณที่สอดคล้องกับการปรับสภาพ ที่ pH 4.8–5.0 และ 48°C–50°C เป็นเวลา 48–72 ชั่วโมง เซลลูเลสจาก Trichoderma reesei เกรดความเข้มข้นสูงให้กิจกรรมเอนโดกลูคาเนสและเซลโลไบโอไฮโดรเลสที่จำเป็นสำหรับการไฮโดรไลซิสเซลลูโลสผลึกในโครงสร้างกากอ้อยได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การแซคคาริฟิเคชันฟางข้าวสาลีและเศษวัสดุการเกษตร

ฟางข้าวสาลี ฟางข้าว และเศษวัสดุจากธัญพืชการเกษตรอื่น ๆ ที่ผ่านการปรับสภาพด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ด่าง ออร์กาโนซอลว์ หรือการระเบิดด้วยไอน้ำ ที่ระดับของแข็ง 10–20% น้ำหนักแห้ง จะถูกแซคคาริไฟด์ด้วยเซลลูเลสในปริมาณที่สอดคล้องกับการปรับสภาพ ที่ pH 5.0–5.5 อุณหภูมิ 50°C เป็นเวลา 48–96 ชั่วโมง ฟางการเกษตรมีความเป็นผลึกของเซลลูโลสต่ำกว่าชีวมวลจากไม้ และโดยทั่วไปสามารถเปลี่ยนเซลลูโลสได้ 75–90% ในสภาวะเหล่านี้ด้วยเอนไซม์เซลลูเลสจาก T. reesei ให้ความเข้มข้นกลูโคส 40–70 g/L ในน้ำแซคคาริฟิเคชัน ขึ้นอยู่กับปริมาณของแข็งแห้งเริ่มต้น

กระบวนการแซคคาริฟิเคชันและหมักพร้อมกัน (SSF)

ในกระบวนการแซคคาริฟิเคชันและหมักพร้อมกัน (SSF) เอนไซม์เซลลูเลสและยีสต์หมักจะถูกเติมพร้อมกันลงในชีวมวลที่ผ่านการปรับสภาพ โดยกลูโคสจะถูกยีสต์บริโภคทันทีที่ถูกผลิตขึ้นจากเอนไซม์ ช่วยลดการยับยั้งเซลลูเลสจากผลิตภัณฑ์ เช่น เซลโลไบโอสและกลูโคส สภาวะ SSF โดยทั่วไปอยู่ที่ pH 5.0–5.5 และ 37°C–39°C ซึ่งเป็นจุดสมดุลระหว่างอุณหภูมิที่เหมาะสมของเซลลูเลส (50°C) และอุณหภูมิที่เหมาะสมของการหมักยีสต์ (30°C–35°C) เอนไซม์เซลลูเลสในปริมาณที่สอดคล้องกับการปรับสภาพในกระบวนการ SSF สามารถเปลี่ยนเซลลูโลสได้ 70–85% ภายใน 72–120 ชั่วโมง โดยการผลิตเอทานอลพร้อมกันช่วยลดความจำเป็นในการใช้ถังหมักแยกต่างหาก

ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์

พารามิเตอร์	ค่า
ช่วงกิจกรรมเอนไซม์	หลายเกรด (ผงและของเหลว)
pH ที่เหมาะสม	4.0 – 6.0
อุณหภูมิที่เหมาะสม	45°C – 60°C
รูปแบบ	ผงหรือของเหลวสีน้ำตาลอ่อนถึงน้ำตาล
อายุการเก็บรักษา	12 เดือน (ปิดผนึก เก็บในที่เย็นและแห้ง)
บรรจุภัณฑ์	ถังขนาด 25 กก. (ผง) / แกลลอนขนาด 30 กก. (ของเหลว)

คำถามที่พบบ่อย

องค์ประกอบของเซลลูเลสที่จำเป็นสำหรับการแซคคาริฟิเคชันชีวมวลลิกโนเซลลูโลสให้สมบูรณ์มีอะไรบ้าง?

การแซคคาริฟิเคชันลิกโนเซลลูโลสอย่างมีประสิทธิภาพต้องใช้ระบบเซลลูเลสหลายองค์ประกอบ ได้แก่ เอนโดกลูคาเนส (EC 3.2.1.4) ซึ่งตัดพันธะไกลโคซิดิกภายในสายโซ่เซลลูโลสแบบสุ่ม ช่วยลดระดับการพอลิเมอไรซ์; เซลโลไบโอไฮโดรเลส (EC 3.2.1.91) ซึ่งโจมตีที่ปลายสายโซ่และเป็นเอนไซม์หลักในการไฮโดรไลซิสเซลลูโลสผลึก; และเบตา-กลูโคซิเดส (EC 3.2.1.21) ซึ่งเปลี่ยนเซลโลไบโอส (ผลิตภัณฑ์น้ำตาลคู่จากเซลโลไบโอไฮโดรเลส) ให้เป็นกลูโคส ป้องกันการสะสมของเซลโลไบโอสซึ่งมิฉะนั้นจะยับยั้งเซลโลไบโอไฮโดรเลส Trichoderma reesei ผลิตองค์ประกอบทั้งสามนี้ตามธรรมชาติโดยมีปริมาณเซลโลไบโอไฮโดรเลสสูง ทำให้เซลลูเลสจาก T. reesei เป็นมาตรฐานสำหรับการแซคคาริฟิเคชันเอทานอล 2G ในกรณีที่กิจกรรมเบตา-กลูโคซิเดสในสูตร T. reesei ตามธรรมชาติไม่เพียงพอ จะมีการเสริมเบตา-กลูโคซิเดสจาก Aspergillus niger เพิ่มเติม

จะคำนวณปริมาณเซลลูเลสที่ต้องใช้ต่อชีวมวลหนึ่งตันได้อย่างไร?

ปริมาณเอนไซม์จะถูกกำหนดตามปริมาณเซลลูโลสในสารตั้งต้นที่ผ่านการปรับสภาพแล้ว ไม่ใช่ตามชีวมวลดิบ ดังนั้นการคำนวณจึงมีสามขั้นตอน ขั้นแรก ให้หาปริมาณเซลลูโลสในสารตั้งต้นที่ผ่านการปรับสภาพ ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ที่ 35–50% ของน้ำหนักแห้ง และควรวัดจริงมากกว่าการสมมติ เนื่องจากความรุนแรงของการปรับสภาพส่งผลต่อค่านี้ ขั้นที่สอง ให้คูณตันของชีวมวลแห้งด้วยสัดส่วนเซลลูโลสนั้นเพื่อให้ได้กิโลกรัมของเซลลูโลสต่อตัน ขั้นที่สาม ให้ใช้ปริมาณเอนไซม์ที่การทดลองไฮโดรไลซิสของท่านเองแสดงให้เห็นว่าจำเป็นเพื่อให้ได้ผลผลิตกลูโคสตามเป้าหมายบนสารตั้งต้นนั้น แล้วแปลงเป็นกิโลกรัมของผลิตภัณฑ์เอนไซม์ต่อตันของชีวมวลตามความเข้มข้นของเกรดที่ท่านซื้อ ปริมาณเอนไซม์ถือเป็นตัวแปรต้นทุนเอนไซม์ที่ใหญ่ที่สุดในเอทานอลรุ่นที่สอง จึงควรกำหนดจากวัตถุดิบที่ผ่านการปรับสภาพของท่านเองและตรวจสอบซ้ำทุกครั้งที่ความรุนแรงของการปรับสภาพ ระดับของแข็ง หรือระยะเวลาคงอยู่เปลี่ยนแปลง ส่งข้อมูลวิเคราะห์สารตั้งต้นและเป้าหมายผลผลิตของท่านมาให้เรา เราจะแนะนำเกรดและปริมาณเริ่มต้นสำหรับการทดลอง

ต้องมีการปรับสภาพล่วงหน้าแบบใดก่อนการแซคคาริฟิเคชันด้วยเซลลูเลส?

จำเป็นต้องมีการปรับสภาพล่วงหน้าเนื่องจากชีวมวลลิกโนเซลลูโลสตามธรรมชาติมีความทนทานสูงต่อการโจมตีของเอนไซม์ เซลลูโลสผลึกถูกปกป้องทางกายภาพโดยลิกนินและเฮมิเซลลูโลส และโครงสร้างผลึกของมันต้านทานการเข้าถึงของเอนไซม์ การปรับสภาพล่วงหน้าที่มีประสิทธิภาพจะทำลายโครงสร้างนี้และเพิ่มพื้นที่ผิวเซลลูโลสที่เอนไซม์เซลลูเลสสามารถเข้าถึงได้ การปรับสภาพล่วงหน้าที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ กรดเจือจางที่ 120°C–200°C (ละลายเฮมิเซลลูโลส เพิ่มการเข้าถึงเซลลูโลสได้ดี); การระเบิดด้วยไอน้ำที่ 160°C–240°C (ทำลายโครงสร้างทางกายภาพ มีการกระจายตัวใหม่ของลิกนินบางส่วน); ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ด่าง (ออกซิไดซ์และทำให้ลิกนินบวมตัว); และออร์กาโนซอลว์ (สกัดลิกนินด้วยตัวทำละลายอินทรีย์) การเลือกวิธีปรับสภาพล่วงหน้ามีผลต่อความเป็นผลึกของเซลลูโลส การเกิดสารยับยั้ง และปริมาณเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับผลผลิตกลูโคสเป้าหมายที่กำหนด

การยับยั้งจากผลิตภัณฑ์ส่งผลต่อประสิทธิภาพของเซลลูเลสอย่างไร และมีการจัดการอย่างไร?

เอนไซม์เซลลูเลส โดยเฉพาะเซลโลไบโอไฮโดรเลส ถูกยับยั้งโดยผลิตภัณฑ์จากการไฮโดรไลซิสของตัวเอง ได้แก่ เซลโลไบโอสและกลูโคส เมื่อเซลโลไบโอสและกลูโคสสะสมมากขึ้นในถังแซคคาริฟิเคชัน สารเหล่านี้จะจับกับตำแหน่งทำงานของเอนไซม์และทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาช้าลง ที่ความเข้มข้นกลูโคสสูงกว่า 10–20 g/L การยับยั้งเบตา-กลูโคซิเดสจากกลูโคสจะเริ่มมีนัยสำคัญ ก่อให้เกิดการสะสมของเซลโลไบโอสซึ่งจะไปยับยั้งเซลโลไบโอไฮโดรเลสต่อไปอีกทอดหนึ่ง กลยุทธ์การจัดการ ได้แก่ (1) การเสริมเบตา-กลูโคซิเดสเพิ่มเติมเพื่อเปลี่ยนเซลโลไบโอสเป็นกลูโคสอย่างรวดเร็ว; (2) การแซคคาริฟิเคชันที่ระดับของแข็งสูงและอุณหภูมิสูงเพื่อรักษาสัดส่วนเอนไซม์ต่อผลิตภัณฑ์ให้สูง; (3) การแซคคาริฟิเคชันและหมักพร้อมกัน (SSF) ซึ่งยีสต์บริโภคกลูโคสอย่างต่อเนื่องเพื่อรักษาความเข้มข้นกลูโคสให้ต่ำ; และ (4) การแซคคาริฟิเคชันแบบป้อนเป็นชุด (fed-batch) โดยเติมเอนไซม์และสารตั้งต้นเป็นส่วน ๆ เพื่อจำกัดความเข้มข้นสูงสุดของผลิตภัณฑ์

จัดหาเซลลูเลสสำหรับโรงงานไบโอเอทานอลหรือไบโอรีไฟเนอรีของท่าน

บอกเราเกี่ยวกับแอปพลิเคชันและความต้องการปริมาณของคุณ เราจะส่งตัวอย่างฟรี COA และราคาที่แข่งขันได้ภายใน 24 ชั่วโมง

ขอใบเสนอราคา

[email protected]