กระบวนการผลิตเอทานอล
1. แป้ง + น้ำ (Alpha – amylase 1 ชั่วโมง)
2. น้ำแป้งโมเลกุลเล็ก (Glucoamylase)
3. น้ำตาล Glucose, Amylase (ยีสต์ Saccharomyces 72 ชั่วโมง)
4. น้ำหมักหรือน้ำส่า (แอลกอฮอล์ 8 – 10%) แยกกากส่า กลั่นอาหารสัตว์
5. แอลกอฮอล์ 95% dehydrate แอลกอฮอล์ 99.5%
6. เอทานอล เอทานอลไร้น้ำ
เอทานอลจากมันสำปะหลัง
จากเอกสารประกอบการแถลงข่าวของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ เรื่อง "วช.พบเทคโนโลยีใหม่ในการผลิตเอทานอลระดับอุตสาหกรรมจากมันสำปะหลังแก้วิกฤติเอทานอลไม่เพียงพอ” เมื่อวันที่ 31 สิงหาคม 2548 ที่โรงแรมมิราเคิลแกรนด์ คอนเวนชั่น กรุงเทพฯ ซึ่งแถลงโดยสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ ได้กล่าวถึงการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังไว้ว่า ในการนำมันสำปะหลังมาใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตเอทานอลนั้น ควรใช้มันสำปะหลังในรูปของมันเส้น ซึ่งในปี พ.ศ. 2545 สำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติได้ให้ทุนสนับสนุนแก่มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ในการสร้างโรงงานต้นแบบผลิตเอทานอลจากมันเส้นโรงงานนี้ตั้งอยู่ที่องค์การสุรา อำเภอบางคล้า จังหวัดฉะเชิงเทรา โดยได้รับการสนับสนุนสถานที่ อุปกรณ์ และบุคลากรบางส่วนจากองค์การสุรา กรมสรรพสามิต
ในเอกสารดังกล่าวยังระบุด้วยว่า ในหัวมันสำปะหลังจะมีแป้งที่สามารถนำมาผลิตเป็นน้ำตาลเพื่อใช้ในการหมักเป็นเอทานอล โดยมีขั้นตอน ดังนี้
1. การย่อยแป้งเป็นน้ำตาล เป็นขั้นตอนการย่อยแป้งให้ได้น้ำตาลด้วยเอนไซม์ สำหรับใช้เป็นวัตถุดิบในขั้นตอนการหมักต่อไปโดยทั่วไปการย่อยแป้งเป็นน้ำตาลด้วยเอนไซม์จะประกอบด้วยการย่อย 2 ครั้ง ได้แก่
- การย่อยครั้งแรก หรือการทำให้เหลว ขั้นตอนนี้จะใช้กรดหรือเอนไซม์ กลุ่มแอลฟาอะมิเลส (?-amylase) ที่มีกิจกรรมการย่อยแป้งที่อุณหภูมิสูงประมาณ 90 – 100 องศาเซลเซียสให้ได้โมเลกุลขนาดเล็กลงและมีความหนืดลดลง
- การย่อยครั้งสุดท้ายหรือการเปลี่ยนเป็นน้ำตาล ขั้นตอนนี้จะใช้เอนไซม์กลูโคอะมิเลส (Gluvoamylase) ย่อยเด็กซ์ทรินให้ได้น้ำตาลที่ยีสต์สามารถนำไปใช้ได้ ซึ่งโดยทั่วไปเอนไซม์ในกลุ่มนี้จะมีกิจกรรมที่อุณหภูทมิสูงปานกลาง คือ ประมาณ 55 – 65 องศาเซลเซียส
2. การหมัก ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนการหมักน้ำตาลที่ได้จากการย่อยแป้งด้วยเชื้อยีสต์เพื่อผลิตเอทานอล ซึ่งโดยทั่วไปการหมักจะเกิดที่อุณหภูมิ 30 – 35 องศาเซลเซียส
เมื่อเสร็จสิ้นกระบวนการหมักแล้ว น้ำส่าที่ได้จะมีเอทานอลประมาณร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก และน้ำส่าที่ได้นี้จะผ่านเข้าสู่กระบวนการกลั่นและแยกน้ำ เพื่อให้ได้เอทานอลที่มีความบริสุทธิ์สูงและสามารถนำไปใช้ผสมกับน้ำมันเบนซิน เพื่อผลิตแก๊สโซฮอล์ต่อไป
ในเอกสารประกอบการแถลงข่าวดังกล่าว ยังกล่าวต่อไปด้วยว่าเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลัง จึงได้มีการประยุกต์เทคโนโลยีเรียกย่อ ๆ ว่า SSF หรือ Simultaneous Saccharification and Fermentation มาใช้กับมันเส้น ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ผลิตเอทานอลจากข้าวโพดในสหรัฐอเมริกา โดยในกระบวนการผลิตเอทานอลจากมันเส้นแบบ SSF นี้ จะเริ่มจากการโม่มันเส้นและผสมน้ำ แล้วทำการย่อยแป้งครั้งแรก หรือทำให้เหลวด้วยเอนไซม์แอลฟาอะมิเลส จากนั้นจะทำการย่อยครั้งสุดท้าย เพื่อเปลี่ยนเป็นน้ำตาลด้วยเอนไซม์กลูโคอะมิเลส พร้อมกับหมักด้วยเชื้อยีสต์ในขั้นตอนเดียวกัน ซึ่งจะช่วยลดระยะเวลาและประหยัดพลังงานของกระบวนการผลิตได้
การผลิตเอทานอลจากมันเส้นแบบ SSF นี้ยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้กับวัตถุดิบชนิดอื่นที่มีแป้งเป็นองค์ประกอบได้ เช่น กากมันสำปะหลัง ซึ่งเป็นของเหลือที่ได้จากกระบวนการผลิตแป้งมันสำปะหลังที่ยังมีแป้งเป็นองค์ประกอบอยู่ถึงร้อยละ 50 โดยน้ำหนักแห้ง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับคุณภาพของหัวมันและกระบวนการผลิตแป้งมันมันสำปะหลังของโรงงาน ทั้งนี้มีกระบวนการผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังแบบ SSF ดังนี้
กระบวนการผลิตเอทานอลจากมันเส้นแบบ SSF
- มันเส้น
- โม่และผสมน้ำ
- การย่อยแป้งครั้งแรก/ทำให้เหลว (100 องศาเซลเซียส 2 ชั่วโมง)
- การย่อยเป็นน้ำตาลและหมักในขั้นตอนเดียวกัน (30 องศาเซลเซียส 36 – 38 ชั่วโมง)
- เอทานอล ยีสต์และกาก
พันธุ์มันสำปะหลังสำหรับผลิตเอทานอล
จากข้อมูลของสถาบันวิจัยพืชไร่ กรมวิชาการเกษตร ระบุว่ามันสำปะหลังมีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า Manihot esculenta Crantz มีถิ่นกำเนิดอยู่ในเขตอเมริกาใต้ มีลักษณะเป็นไม้พุ่มสูงประมาณ 1 – 5 เมตร มีอายุอยู่ได้นานหลายปี มีทั้งที่ไม่แตกกิ่ง และแตกกิ่งในระดับต่าง ๆ ลำต้นมีสีแตกต่างกันตามพันธุ์ เช่น สีเขียวเงิน เทาเงิน เหลือง น้ำตาล มีเปลือกบางลอกออกได้ง่าย เมื่อใบหลุดออกจากปรากฎเป็นรอยที่ต้น เรียกว่า รอยแผลใบ มีใบเป็นแบบใบเดี่ยว เกิดสลับบนลำต้น มีดอกตัวเมียและดอกตัวผู้บนต้นเดียวกัน มีผลขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1.5 เซนติเมตร มีลักษณะ 6 เหลี่ยม เมล็ดมีสีน้ำตาลลายดำคล้ายเมล็ดละหุ่งแต่มีขนาดเล็กกว่า ส่วนที่นำมาใช้ประโยชน์ในการบริโภค คือ รากที่สะสมอาหารที่เรียกว่า "หัว” รูปร่างของหัว สีของหัว สีของเนื้อ จะแตกต่างกันออกไปตามพันธุ์
พันธุ์มันสำปะหลังที่เหมาะสมสำหรับการนำมาผลิตเอทานอลควรเป็นพันธุ์ที่มีเปอร์เซ็นต์แป้งสูง ซึ่งขณะนี้มีหลายพันธุ์ที่มีคุณสมบัติดังกล่าว ศูนย์วิจัยพืชไร่ระยอง กรมวิชาการเกษตร ซึ่งเป็นหน่วยงานหลักในการวิจัยปรับปรุงพันธุ์มันสำปะหลัง ได้ทำการวิจัยปรับปรุงพันธุ์จนได้มันสำปะหลังที่มีคุณสมบัติเหมาะสมในการนำมาเป็นวัตถุดิบผลิตเอทานอล ได้แก่
มันสำปะหลังพันธุ์ระยอง 7 เป็นผลงานการวิจัยของ ดร.โอภาษ บุญเส็ง และคณะ โจทย์ของการปรับปรุงพันธุ์มันสำปะหลังระยอง 7 ที่ ดร.โอภาษ ตั้งไว้คือข้อจำกัดของมันสำปะหลังทั่วไปคือปลูกได้เฉพาะต้นฤดูฝนเท่านั้น ทำอย่างไรจึงจะสามารถปรับปรุงพันธุ์มันสำปะหลังให้สามารถปลูกได้ทุกฤดู ขณะเดียวกันต้องเป็นพันธุ์ที่ให้ปริมาณแป้งสูงด้วย การดำเนินการปรับปรุงพันธุ์มันสำปะหลังระยอง 7 ดำเนินการมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2535 โดยการผสมข้ามระหว่างพันธุ์ CMR 30-71-25 กับพันธุ์ OMR 29-20-118 ทำการปลูกทดสอบเพื่อประเมินผลผลิตตามระบบปรับปรุงพันธุ์มันสำปะหลังในสถานที่ต่าง ๆ ทั้งในแปลงทดลอง และในไร่ของเกษตรกรในแหล่งปลูกมันสำปะหลังที่สำคัญทั้งภาคตะวันออกและภาคตะวันออกเฉียงเหนือ จนถึงปี 2548 มันสำปะหลังระยอง 7 ได้ผ่านการพิจารณาจากคณะกรรมการวิจัยปรับปรุงพันธุ์พืช กรมวิชาการเกษตร ให้เป็นพันธุ์รับรอง เมื่อวันที่ 26 พฤษภาคม 2548
ลักษณะประจำพันธุ์ ลำต้นสีน้ำตาลอ่อน ไม่แตกกิ่ง เมื่ออายุ 1 ปี สูง 183 เซนติเมตร ก้านใบสีเขียวอ่อน แฉกใบกลางเป็นรูปใบหอก ใบและยอดอ่อนสีเขียวอ่อน หัวสีครีม เนื้อของหัวสีขาว ไม่มีก้านหัว
ลักษณะเด่น มันสำปะหลังพันธุ์ระยอง 7 ให้ผลผลิตและปริมาณแป้งในหัวสูงกว่าพันธุ์ที่เกษตรกรนิยมปลูกทั่วไป โดยให้ผลผลิตหัวสดประมาณ 6 ต้นต่อไร่ ปริมาณแป้งสูงถึง 27.7 เปอร์เซ็นต์ หรือผลผลิตแป้งประมาณ 1.7 ต้นต่อไร่ เมื่อใช้หัวสดเป็นวัตถุดิบในการผลิตเอทานอลจะให้ปริมาณเอทานอลมากกว่า 1,026 ลิตรต่อไร่ หรือประมาณ 170 ลิตรต่อหัวมันสด 1 ตัน มันสำปะหลังพันธุ์ระยอง 7 มีความงอกเร็วมาก คือ ประมาณ 5 วันหลังปลูก ในขณะที่พันธุ์ทั่วไปใช้เวลางอกถึง 15 วันหลังปลูก นอกจากนี้มันสำปะหลังพันธุ์ระยอง 7 ยังให้ผลผลิตหัวดก ขนาดของหัวใกล้เคียงกัน และไม่มีก้านหัว จึงเหมาะสำหรับการใช้เครื่องขุดในการเก็บเกี่ยว และจากจำนวนลำต้นที่แตกออกจากท่อนปลูกมีมาก ทำให้สามารถคลุมวัชพืชในช่วง 3 เดือนหลังปลูกได้ดี เป็นพันธุ์ที่มีทรงต้นดี ไม่แตกกิ่ง ทำให้ลำต้นไม่หักล้ม จึงสะดวกในการเก็บเกี่ยว ที่สำคัญคือสามารถปลูกในช่วงปลายฤดูฝนได้ และปลูกได้ดีทุกแหล่งปลูกมันสำปะหลังของไทย
มันสำปะหลังพันธุ์ระยอง 9 เป็นผลงานวิจัยปรับปรุงพันธุ์ของ ดร.อัจฉรา ลิ่มศิลา และคณะได้จากการผสมข้ามพันธุ์ระหว่างสายพันธุ์ที่มีเปอร์เซ็นต์แป้งสูง 2 สายพันธุ์ คือ สายพันธุ์ CMR 31-19-23 กับสายพันธุ์ OMR 29-20-118 ดำเนินการที่ศูนย์วิจัยพืชไร่ระยองเมื่อปี พ.ศ. 2535 เดิมวัตถุประสงค์ของการปรับปรุงพันธุ์มันสำปะหลังระยอง 9 คือ เพื่อให้ได้พันธุ์ที่มีเปอร์เซ็นต์แป้งสูงเหมาะสำหรับโรงงานอุตสาหกรรม แต่หลังจากที่ได้ฟังกระแสพระราชดำรัสของพระบาสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวเกี่ยวกับแก๊สโซฮอล์ ผู้วิจัยจึงมีแนวคิดว่าพันธุ์ที่ปรับปรุงใหม่นี้ถ้านำไปผลิตเอทานอลจะได้ปริมาณสักเท่าไร ศูนย์วิจัยพืชไร่ระยองจึงได่ร่วมมือกับสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย ทำการประเมินผลผลิตเอทานอลจากมันสำปะหลังสายพันธุ์ระยอง 9 ร่วมกับพันธุ์อื่น ๆ อีก 4 พันธุ์ คือ ระยอง 5 ระยอง 72 ระยอง 90 และเกษตรศาสตร์ 50 โดยดำเนินการในระดับห้องปฏิบัติการเพื่อคัดเลือกว่าพันธุ์ใดที่มีแนวโน้มเหมาะสำหรับการนำไปผลิตเอทานอล ผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการ พบว่า พันธุ์ระยอง 9 ดีที่สุด สำหรับการผลิตเอทานอล รองลงมาคือพันธุ์ระยอง 90
สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย ได้นำมันสำปะหลังพันธุ์ระยอง 9 และระยอง 90 ไปผลิตเอทานอลในโรงงานต้นแบบ โดยใช้วัตถุดิบครั้งละ 10 ตัน ผลปรากฎว่า พันธุ์ระยอง 9 ให้ปริมาณเอทานอล 190 ลิตรต่อวัตถุดิบหัวมันสด 1 ต้น ส่วนพันธุ์ระยอง 90 ให้ปริมาณเอทานอล 170 ลิตรต่อวัตถุดิบหัวมันสด 1 ตัน ขณะที่พันธุ์อื่น ๆ จะให้ปริมาณเอทานอลประมาณ 150 ลิตรต่อหัวมันสด 1 ตัน
ลักษณะประจำพันธุ์ มันสำปะหลังพันธุ์ระยอง 9 มีลำต้น สีน้ำตาลอ่อน ต้นสูงตรง ไม่แตกกิ่ง ยอดอ่อนและใบแก่สีเขียวอ่อน ก้านใบสีเขียวอมชมพู เปลือกนอกของหัวสีน้ำตาลอ่อน เนื้อในสีขาว
ลักษณะเด่น ให้ผลผลิตสูง มีเปอร์เซ็นต์แป้งสูง 24.5% ในฤดูฝน และ 29% ในฤดูแล้ง ผู้วิจัยแนะนำให้เก็บเกี่ยวเมื่อมีอายุ 1 ปี เพราะมันสำปะหลังพันธุ์ระยอง 9 เป็นพันธุ์ที่เปอร์เซ็นต์แป้งสูงแต่สร้างหัวช้า สะสมน้ำหนักช้า หัวจะไม่ใหญ่มากนัก แต่เนื้อจะแน่น ถ้าเก็บเกี่ยวเร็วจะให้ผลผลิตหัวสดต่ำกว่าพันธุ์มาตรฐานอื่น ๆ
คณะกรรมการวิจัยปรับปรุงพันธุ์พืช กรมวิชาการเกษตรพิจารณาให้เป็นพันธุ์รับรอง เมื่อวันที่ 26 พฤษภาคม 2548
มันสำปะหลังพันธุ์ระยอง 90 ได้จากการผสมพันธุ์ระหว่างพันธุ์ CMC 76 กับ V 43 เมื่อปี 2521 ที่ศูนย์วิจัยพืชไร่ระยอง ทำการคัดเลือกพันธุ์ ปลูกเปรียบเทียบพันธุ์ และทดสอบพันธุ์ตามลำดับ จนกระทั่งปี 2534 ได้ผ่านการพิจารณาของคณะกรรมการวิจัยปรับปรุงพันธุ์พืช กรมวิชาการเกษตร ให้เป็นพันธุ์แนะนำ เมื่อวันที่ 8 กรกฎาคม 2534 ให้ชื่อว่าพันธุ์ระยอง 90 เพื่อร่วมเทิดพระเกียรติสมเด็จพระศรีนครินทราบรมราชชนนีใในโอกาสทรงเจริญพระชนมายุ 90 พรรษา
ลักษณะประจำพันธุ์ ยอดอ่อนสีเขียวอ่อน ใบที่เจริญเต็มที่สีเขียวแก่ ก้านใบสีเขียวอ่อน แผ่นใบเป็นรูปหอก ต้นสูงประมาณ 1.60 – 2.00 เมตร ลำต้นสีน้ำตาลอมส้ม แตกกิ่ง 0 – 1 ระดับ ระดับแรกสูงจากพื้นดินประมาณ 120 เซนติเมตร กิ่งทำมุมกว้าง 75 – 90 องศา หัวยาวเรียว เปลือกสีน้ำตาลเข้ม เนื้อสีขาว ออกดอกภายใน 1 ปี ถ้าลำต้นมีการแตกกิ่ง
ลักษณะเด่น ผลผลิตสูง และมีเปอร์เซ็นต์แป้งสูง ประมาณ 24% ในฤดูฝน และ 30% ในฤดูแล้ง
นอกจากมันสำปะหลังทั้ง 3 พันธุ์ดังกล่าวข้างต้นแล้ว ยังมีพันธุ์ที่มีเปอร์เซ็นต์แป้งสูงที่สามารถนำมาผลิตเอทานอลได้อีกตามที่สถาบันวิจัยพืชไร่แนะนำ คือ พันธุ์ระยอง 5 และพันธุ์ระยอง 72 อย่างไรก็ตามแม้พันธุ์ที่กล่าวมาจะมีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับนำมาผลิตเอทานอล แต่มียังลักษณะอื่น ๆ ที่ดี และด้อยแตกต่างกันจึงขึ้นอยู่กับพื้นที่ปลูกที่เหมาะสมของแต่ละพันธุ์ และการดูแลของเกษตรกร เหมือนอย่างที่ ดร.อัจฉรา ลิ่มศิลา กล่าวไว้ว่า “พันธุ์ใหม่ที่เราปรับปรุงขึ้นมา ไม่จำเป็นว่าจะต้องดีกว่าพันธุ์เดิม หรือชนะพันธุ์เดิมเพราะแต่ละพันธุ์จะมีการปรับตัวที่ต่างกันออกไปเพียงแต่ว่าเรามีพันธุ์ดีเพื่อเป็นทางเลือกให้กับเกษตรกรมากขึ้น เช่น พันธุ์ระยอง 9 ให้เปอร์เซ็นต์แป้งสูง ขายได้ราคา เกษตรกรอาจจะชอบระยอง 9 หรือเกษตรกรอาจจะชอบพันธุ์อื่นที่ต้นสูง เพราะทำให้มีกิ่งพันธุ์เพียงพอ ไม่มีปัญหาเรื่องการขาดแคลนท่อนพันธุ์ หรืออาจจะชอบพันธุ์ระยอง 7 เพราะปลูกปลายฤดูฝนได้ เป็นต้น”
จะอย่างไรก็ตาม มันสำปะหลังที่นักปรับปรุงพันธุ์ได้ทุ่งเทกำลังกาย กำลังใจ และเวลา เพื่อปรับปรุงให้มีคุณสมบัติตามความต้องการของผู้บริโภคที่เปลี่ยนแปลงไปตามสถานการณ์ย่อมแสดงให้เห็นว่าการวิจัยปรับปรุงพันธุ์นั้นมีความสำคัญ และหยุดนิ่งไม่ได้ นักปรับปรุงพันธุ์ต้องตื่นตัวอยู่ตลอดเวลาเพื่อตามสถานการณ์ให้ทัน ขณะเดียวกันต้องมีวิสัยทัศน์มองไปข้างหน้า คาดเดาเหตุการณ์และความต้องการของสังคมในอนาคต เพื่อวางแนวทางปรับปรุงพันธุ์พืชของตนไว้รองรับสถานการณ์และความต้องการในอนาคตเหล่านั้น เพราะการปรับปรุงพันธุ์พืชต้องอาศัยเวลานานหลายปี
“ผลิใบฯ” ขอเป็นกำลังใจให้นักปรับปรุงพันธุ์พืชทุกท่านสร้างสรรค์งานที่มีคุณค่าต่อวงการเกษตรของไทย และหวังว่าในอนาคตอันใกล้นี้ การผลิตเอทานอลโดยใช้มันสำปะหลังเป็นวัตถุดิบจะประสบความสำเร็จ มีโรงงานผลิตเอทานอลเกิดขึ้นมากกว่าที่มีอยู่ในปัจจุบัน และวัตถุดิบเพียงพอสำหรับป้อนโรงงาน ไม่ต้องนำเข้าเอทานอลจากต่างประเทศอีกต่อไป ซึ่งเมื่อถึงวันนั้นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์คงจะมี “แก๊สโซฮอล์” มาแทนที่น้ำมันเบนซินโดยสิ้นเชิง
---------------------------------
ผลิใบ ปีที่ 9 ฉบับที่ 5
พรรณนีย์ วิชชาชู
ผู้เขียน
