การศึกษาและเปรียบเทียบคุณลักษณะของเซลลูโลสที่ได้จากผลพลอยได้จากน้ำทิ้งกระบวนการผลิตลูกอม

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

มุฑิตา บุนนาค, ธนวรรณ บุญไชยวุฒิ, นิศาชล จงบัญญัติเจริญ

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

วารินาถ โขพิมาย

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนวิทยาศาสตร์จุฬาภรณราชวิทยาลัย ปทุมธานี

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2560

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

เซลลูโลสและอนุพันธ์ของเซลลูโลสถูกน้ามาใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมประเภทต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นอาหาร ยา เครื่องส้าอาง ผงซักฟอก กระดาษ สิ่งทอ พอลิเมอร์ น้้ามัน เซรามิก สารฆ่าแมง กาว สีและวาร์นิช เป็นต้น ประเทศไทยยังคงต้องพึ่งพาการน้าเข้าเซลลูโลสและอนุพันธ์จากต่างประเทศเนื่องจากไม่มีแหล่งผลิตภายในประเทศ ซึ่งพบว่ามูลค่าการน้าเข้าในปี พ.ศ.2554 จากต่างประเทศ(รวม 31 ประเทศ) เป็นมูลค่าสูงถึง 861,000,000 บาท และคาดว่าจะมีแนวโน้มสูงขึ้นในอนาคต อันเป็นผลมาจากการเติบโตและขยายตัวของภาคอุตสาหกรรม ซึ่งก่อให้เกิดผลกระทบหลายด้านโดยเฉพาะด้านเศรษฐกิจ ท้าให้ประเทศสูญเสียเงินตราในการจัดซื้อวัตถุดิบเหล่านั้นเป็นจ้านวนมาก (ศุจิมน ตันวิเชียร, 2554)

เซลลูโลสมีโครงสร้างที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เรียกว่าไมโครฟิบริลซึ่งประกอบด้วยหน่วยของกลูโคสประมาณ 2,000-18,000 หน่วย เซลลูโลสที่เป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในการท้าวัสดุต่าง ๆ ในปัจจุบันนั้นส่วนใหญ่เป็นเซลลูโลสที่ได้มาจากพืช ซึ่งเซลลูโลสที่ได้จากพืชนี้เป็นเซลลูโลสที่มีขนาดใหญ่ และไม่บริสุทธิ์เพราะมีการเจือปนของเฮมิเซลลูโลส ลิกนิน และเพกติน อีกทั้งในการใช้งานต้องก้าจัดลิกนินซึ่งมีสมบัติไปห่อหุ้มหรือเคลือบโครงสร้างของเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสออกไปก่อน ลิกนินจึงเป็นเหมือนผนัง ป้องกันไม่ให้จุลินทรีย์เข้าไปย่อยสลายเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสได้ และใช้เวลานานกว่าพืชที่จะน้ามาสกัดเซลลูโลสจะเจริญเติบโตจนสามารถน้ามาใช้งานจึงมีปริมาณไม่เพียงพอต่อความต้องการของผู้บริโภค ประเทศไทยจึงต้องแก้ปัญหาโดยการน้าเข้าเซลลูโลสจ้านวนมหาศาลท้าให้ประเทศไทยสูญเสียเงินตราเป็นจ้านวนมากซึ่งจะส่งผลในระยะยาวต่อเศรษฐกิจของประเทศ

แหล่งเซลลูโลสที่นอกเหนือจากพืชและมีความน่าสนใจมากแหล่งหนึ่งคือเซลลูโลสที่ได้จากแบคทีเรีย เซลลูโลสที่ได้จากแบคทีเรียเป็นชีววัสดุธรรมชาติที่รู้จักในชื่อ Nata de Coco หรือวุ้นมะพร้าว หรือวุ้นสวรรค์ ผลิตจากแบคทีเรีย Acetobacter xylinum (Gluconacetobacter xylinus) หรือแบคทีเรีย Trichoderma reesei มีขนาดเล็กกว่าเส้นใยของพืชชั้นสูง และเส้นใยสังเคราะห์ประมาณ 10-1,000 เท่า และ 100 เท่าตามล้าดับ มีความบริสุทธิ์สูง ไม่มีการเจือปนของเฮมิเซลลูโลส ลิกนิน และเพกตินเหมือนเซลลูโลสที่ได้จากพืช มีปริมาณเซลลูโลสต่อน้้าหนักเปียกประมาณ 1% ซึ่งมากกว่าเซลลูโลสที่ได้จากพืช สามารถอุ้มน้้าไว้ได้ประมาณ

60-700 เท่า ของน้้าหนักแห้ง ทนต่อแรงดึงได้ดีกว่าไฟเบอร์สังเคราะห์ โดยมีค่า young modulus ประมาณ 30,000 เมกกะปาสคาล ซึ่งสูงกว่าไฟเบอร์อินทรีย์ประมาณ 4 เท่า และมีค่าความต้านทานแรงดึงสูงกว่าพอลีเอทิลีนและไวนิลคลอไรด์ 5 เท่า (มณชัย เดชสังกรานนท์, 2556) โดยปกติแล้วในการเพาะเลี้ยงแบคทีเรีย Acetobacter xylinum เพื่อเซลลูโลส มักจะใช้น้้ามะพร้าวเป็นอาหารเลี้ยง เนื่องจากให้ปริมาณวุ้นสวรรค์ที่ผลิตได้มากที่สุดเมื่อเทียบกับอาหารเลี้ยงชนิดอื่นๆ แต่น้้ามะพร้าวนั้นมีราคาสูงและยังสามารถน้าไปใช้ประโยชน์ได้ในอีกหลายๆด้านนอกเหนือจากการน้ามาเป็นอาหารเลี้ยงเชื้อ และมีงานวิจัยได้ท้าการทดลองน้าผลพลอยได้จากน้้าทิ้งกระบวนการผลิตข้าวโพดหวานบรรจุกระป๋องมาใช้เป็นอาหารเลี้ยงเพื่อทดแทนการใช้น้้ามะพร้าว (สุทธิมา ลิขิตทวีสิน และคณะ)

ดังนั้นผู้จัดท้าจึงสนใจที่จะน้าเอาผลพลอยได้จากน้้าทิ้งกระบวนการผลิตลูกอมมาใช้เป็นอาหารเลี้ยงเชื้อแบคทีเรีย Acetobacter xylinum เพื่อใช้ทดแทนการเลี้ยงด้วยน้้ามะพร้าวและเป็นการลดต้นทุนในการผลิตวุ้นสวรรค์จากแบคทีเรีย พร้อมทั้งท้าการศึกษาและเปรียบเทียบคุณสมบัติต่างๆของวุ้นสวรรค์ที่ผลิตได้