การเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดเซลลูโลสด้วยตัวทำละลายแบบ Deep Eutectic Solvent: วิธีการ Response Surface

เซลลูโลส ถือเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพที่มีมากที่สุดในโลก และเป็นองค์ประกอบหลักของผนังเซลล์พืช การสกัดเซลลูโลสที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมกระดาษ สิ่งทอ และวัสดุชีวภาพ งานวิจัยในวารสาร Energies, Vol. 17, Pages 4257 นำเสนอวิธีการที่น่าสนใจในการเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดเซลลูโลสด้วยการใช้ Deep Eutectic Solvent (DES) ซึ่งเป็นตัวทำละลายชนิดใหม่ที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และมีต้นทุนต่ำ โดยใช้วิธีการ Response Surface Methodology (RSM) ในการออกแบบการทดลองและวิเคราะห์ผล

DES เป็นสารผสมของสารตั้งต้นสองชนิดหรือมากกว่า ที่เกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่างกัน ทำให้เกิดของเหลวที่มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าสารตั้งต้นแต่ละชนิด DES มีข้อได้เปรียบเหนือตัวทำละลายแบบดั้งเดิมหลายประการ เช่น ความเป็นพิษต่ำ สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ งานวิจัยนี้ใช้ DES ที่ประกอบด้วย choline chloride และ lactic acid ในการสกัดเซลลูโลสจากชานอ้อย ซึ่งเป็นวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร

วิธีการ RSM เป็นเทคนิคทางสถิติที่ใช้ในการหาความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรป้อนเข้า (input variables) และตัวแปรตอบสนอง (response variable) ในงานวิจัยนี้ ตัวแปรป้อนเข้า ได้แก่ อุณหภูมิ เวลา และอัตราส่วนของ DES ต่อชานอ้อย ส่วนตัวแปรตอบสนอง คือ ปริมาณเซลลูโลสที่สกัดได้ โดยใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อทำนายผลและหาค่าที่เหมาะสมของตัวแปรป้อนเข้า เพื่อให้ได้ผลผลิตเซลลูโลสสูงสุด

จากการทดลองพบว่า อุณหภูมิและเวลาในการสกัดมีผลต่อปริมาณเซลลูโลสที่สกัดได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยอุณหภูมิที่เหมาะสมอยู่ที่ประมาณ 100°C และเวลาที่เหมาะสมอยู่ที่ประมาณ 4 ชั่วโมง ส่วนอัตราส่วนของ DES ต่อชานอ้อยที่เหมาะสมอยู่ที่ประมาณ 10:1 โดยที่สภาวะที่เหมาะสมนี้ สามารถสกัดเซลลูโลสได้มากกว่า 80% ซึ่งสูงกว่าวิธีการสกัดแบบดั้งเดิม

ตัวแปร	ค่าที่เหมาะสม
อุณหภูมิ (°C)	100
เวลา (ชั่วโมง)	4
อัตราส่วน DES:ชานอ้อย	10:1

งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของ DES ในการสกัดเซลลูโลสอย่างมีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ การใช้วิธีการ RSM ช่วยให้สามารถหาสภาวะที่เหมาะสมในการสกัด เพื่อให้ได้ผลผลิตเซลลูโลสสูงสุด และลดการใช้พลังงานและทรัพยากร นับเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาอุตสาหกรรมชีวภาพที่ยั่งยืน

Fun Fact: รู้หรือไม่ว่า เซลลูโลสที่สกัดได้สามารถนำไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ มากมาย เช่น เส้นใยสิ่งทอ พลาสติกชีวภาพ และเอทานอลชีวภาพ ซึ่งเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนกว่าการใช้วัสดุจากปิโตรเลียม

Energies, Vol. 17, Pages 4257: Optimization of Cellulose Recovery Using Deep Eutectic Solvent Fractionation: A Response Surface Method Approach

#เซลลูโลส #DeepEutecticSolvent #ResponseSurface #ชีวภาพ