Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Effect of White LED Color Temperature and Airlift Photobioreactor Design on Growth and Carotenoids Production in Microalga Chlorococcum humicola
Year (A.D.)
2017
Document Type
Thesis
First Advisor
กษิดิศ หนูทอง
Second Advisor
สรวิศ เผ่าทองศุข
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมเคมี)
Degree Name
วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
วิศวกรรมเคมี
DOI
10.58837/CHULA.THE.2017.1298
Abstract
งานวิจัยนี้ศึกษาผลของอุณหภูมิสีของแอลอีดีแสงสีขาวและการออกแบบถังปฏิกรณ์ชีวภาพเชิงแสงแบบอากาศยกที่มีต่อการเติบโตและการผลิตแคโรทีนอยด์ในจุลสาหร่าย Chlorococcum humicola ผลการเพาะเลี้ยงจุลสาหร่ายแบบแบทช์ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพเชิงแสงแบบถังกวนขนาด 1 ลิตร พบว่าแสงสีขาวอมฟ้า (Daylight) ส่งผลต่อการเติบโตและการผลิตแคโรทีนอยด์ได้ดีกว่าการใช้แสงสีขาวเย็นตา (Cool white) และสีขาวอมเหลือง (Warm white) อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p < 0.05) จากนั้นดำเนินการออกแบบถังปฏิกรณ์ชีวภาพเชิงแสงแบบอากาศยกที่ให้การไหลวนภายในที่มีประสิทธิภาพ ผลการดำเนินการพบว่าถังปฏิกรณ์ชีวภาพเชิงแสงแบบอากาศยกชนิดไหลวนภายในขนาด 2 ลิตร ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 9 เซนติเมตร บรรจุของเหลวที่ระดับความสูง 34 เซนติเมตร ใช้หัวจ่ายอากาศแบบหัวทรายทรงกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 เซนติเมตร ติดตั้งที่ความสูงจากก้นถัง 1.5 เซนติเมตร และใช้ท่อดราฟท์ขนาดความยาว 27 เซนติเมตร ติดตั้งภายในถังปฏิกรณ์ที่ความสูงในระดับเดียวกับหัวจ่ายอากาศ เกิดการไหลวนของของเหลวภายในถังปฏิกรณ์ได้ดีที่สุด และเมื่อทำการเพาะเลี้ยงจุลสาหร่ายในถังปฏิกรณ์ชีวภาพเชิงแสงในข้างต้นด้วยแสงสีขาวอมฟ้าที่ความเข้มแสง 5,000 ลักซ์ โดยปรับอัตราส่วนพื้นที่ที่ของเหลวไหลลงต่อพื้นที่ของเหลวไหลขึ้น (AD/AR) และอัตราการไหลของอากาศ พบว่าถังปฏิกรณ์ชีวภาพเชิงแสงแบบอากาศยกชนิดไหลวนภายในที่ AD/AR เท่ากับ 3 และมีอัตราการไหลของอากาศเท่ากับ 0.8 วีวีเอ็ม (1.6 ลิตร/นาที) ให้การไหลวนที่ดีและไม่ทำให้จุลสาหร่ายเกิดการตกตะกอนและเกาะติดบนผนังถังปฏิกรณ์ชีวภาพเชิงแสงในปริมาณมาก ส่งผลให้เติบโตและผลิตแคโรทีนอยด์สูงที่สุด โดยให้น้ำหนักเซลล์แห้งในช่วงการเติบโตคงที่เท่ากับ 1,360± 16.7 มิลลิกรัม/ลิตร และความเข้มข้นของแคโรทีนอยด์เท่ากับ 6.45 ± 0.04 มิลลิกรัม/ลิตร (4.78 ± 0.04 มิลลิกรัม/กรัมน้ำหนักเซลล์แห้ง) ข้อมูลที่ได้รับทั้งในส่วนของอุณหภูมิสีของแสงและการออกแบบถังปฏิกรณ์ชีวภาพเชิงแสงถูกนำมาใช้สร้างถังปฏิกรณ์ชีวภาพเชิงแสงแบบอากาศยกขนาด 60 ลิตร และดำเนินการเพาะเลี้ยงที่ความเข้มแสงเพิ่มขึ้นเป็น 20,000 ลักซ์ ซึ่งพบว่าสามารถเพาะเลี้ยงจุลสาหร่ายให้เติบโตและผลิตแคโรทีนอยด์ได้ดี โดยให้น้ำหนักเซลล์แห้งในช่วงการเติบโตคงที่เท่ากับ 1,240 ± 10.0 มิลลิกรัม/ลิตร ความเข้มข้นของแคโรทีนอยด์เท่ากับ 4.40 ± 0.04 มิลลิกรัม/ลิตร (3.52 ± 0.05 มิลลิกรัม/กรัมน้ำหนักเซลล์แห้ง) และมีลูทีนและเบต้าแคโรทีนในปริมาณ 30 และ 8 เปอร์เซ็นต์ ของแคโรทีนอยด์ทั้งหมด ตามลำดับ
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
This research studied the effects of white LED color temperature and airlift photobioreactor design on growth and carotenoids production in microalga Chlorococcum humicola. Results of batch cultivation in 1-L stirred-tank photobioreactor found that daylight LED produced higher growth and carotenoids concentration than cool white and warm white LEDs. Then, the design of internal-loop airlift photobioreactor was conducted to obtain the condition that gave efficient liquid circulation. Dimensions of internal-loop airlift photobioreactor that yielded efficient liquid circulation were as followed: outer diameter 9 cm, liquid level height 34 cm, spherical stone diffuser (2 cm) located at 1.5 cm from bottom of photobioreactor and internal draft tube (height 27 cm and inner diameter 4.5 cm) located at the same level to stone diffuser. When performing microalgal cultivation using the described photobioreactor subjected to different downcomer to riser areal ratios (AD/AR) and aeration rates, it was AD/AR of 3.0 and aeration rate of 0.8 vvm (1.6 L/min) that produced the highest biomass and carotenoids concentration, with the average cell dried weight and carotenoids concentration measured at 1,360 ± 16.7 mg/L and 6.45 ± 0.04 mg/L (4.78 ± 0.04 mg/g-dw), respectively. Finally, the results of LED color temperature and photobioreactor design were combined and used for the cultivation in 60-L internal-loop airlift photobioreactor. The batch cultivation under light intensity of 20,000 lux finally gave cell dried weight concentration of 1,240 ± 10.0 mg/L and carotenoids concentration of 4.40 ± 0.04 mg/L (3.52 ± 0.05 mg/g-dw) without significant biomass sedimentation and attachment on photobioreactor wall. Lutein and beta-carotene were also identified at 30% and 8% of total carotenoids.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
จำรัสฉาย, ณัฐสิทธิ์, "ผลของอุณหภูมิสีของหลอดแอลอีดีขาวและการออกแบบถังปฏิกรณ์ชีวภาพเชิงแสงแบบอากาศยกต่อการเติบโตและการผลิตแคโรทีนอยด์ในจุลสาหร่าย Chlorococcum humicola" (2017). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 1788.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/1788