Sản xuất bio ethanol thế hệ thứ ba từ tảo Sargassum spp sử dụng công nghệ áp suất cao để tiền xử lý và phân đoạn sinh khối Sản xuất bio ethanol thế hệ thứ ba từ tảo Sargassum spp sử dụng công nghệ áp suất cao .
Sản xuất bio-ethanol hệ thứ ba từ tảo Sargassum spp sử dụng công nghệ áp suất cao để tiền xử lý phân đoạn sinh khối Giáo viên hướng dẫn: : TS Phạm Tuấn Anh Học viên : Lê Thị Thùy Dung Ngô Văn Thịnh Nội dung > Giới thiệu > Vật liệu & phương pháp Kết Giới thiệu Nguồn gốc Lợi ích Sargassum là chi tảo nâu Cung cấp chất dinh dưỡng quan trọng cho hệ sinh thái ven biển Mối nguy hại Phân bố Là loài xâm thực tạo nên thảm họa Khắp đại dương từ nhiệt đới tới vùng sinh thái cho bờ biển vùng Mexico cực toàn giới Tảo Sargassum spp Môi trường sống Thường sống trôi bãi biển nước nông Ứng dụng Hiện nghiên cứu ứng dụng y học nhiên liệu sinh học Giới thiệu Tảo đuôi ngựa biến màu xanh nước biển thành màu nâu đục có mùi trứng ung (marine.usf.edu) Vùng biển Mexico bị tảo Sargassum xâm thực Giới thiệu Giới thiệu Brown algae Các hợp chất tảo nâu Giới thiệu Theo David & Volesky, 2003 Cấu trúc thành tế bào tảo nâu Giới thiệu Phương pháp xử lý thủy nhiệt Nguyên tắc: • • • • Sử dụng dung dịch nước hệ thống phản ứng Bình phản ứng kín Nhiệt độ cao Áp suất cao Thay đổi thành phần cấu trúc hóa học sinh khối Bình phản ứng thủy nhiệt Giới thiệu Chiến lược lên men PSSF Tảo Thu Thu nhận nhận sinh sinh khối khối Tiền Tiền xử xử lý lý Lên Lên men men Thủy Thủy phân phân Cấu hình quy trình PSSF = Pre-hydrolysis Nhiệt độ, pH tối ưu cho enzyme thủy phân + SSF Bioethanol Bioethanol VẬT LIỆU & PHƯƠNG PHÁP Vật liệu & phương pháp 4.2 Đánh giá trình thủy phân enzyme sinh khối Sg qua tiền xử lý Sinh Sinh khối khối Sg Sg qua qua tiền tiền xử xử lý lý (5, (5, 99 and and 13%, 13%, w/v) w/v) OR Sinh Sinh khối khối Sg Sg chưa chưa qua qua tiền tiền xử xử lý lý (5, (5, 9 and and 13%, 13%, w/v) w/v) Đệm citrate 50 mM (pH = 4,8) Cellic CTec2 & (or) Cellic HTec2 Tỷ lệ 1:2 (Trong Cellic CTec2 – 5, 10&15 FPU) Các Các mẫu mẫu nhỏ nhỏ (1mL) (1mL) Nhiệt độ & Tốc độ khuấy Lấy Lấy ra ở 0, 0, 6, 6, 12, 12, 24, 24, 48 48 & & 72h 72h 50◦C &150 rpm Ly tâm lấy dịch Tetracycline & Cycloheximide HPLC 100 μL & 75 μL: Ngăn cản VSV phát triển trình thủy phân Năng Năng suất suất đường đường hóa hóa Thể tích làm việc: 25 mL Vật liệu & phương pháp 4.2 Đánh giá trình thủy phân enzyme sinh khối Sg qua tiền xử lý 1,053 & 1,111 [Glucose] Hệ số chuyển đổi Nồng độ glucose (g/L) [Biomass] [Cellobiose] Hàm lượng sinh khối khô thời điểm bắt đầu thủy phân enzym Nồng độ cellobiose lại sau thủy phân glucan (g/L) (f) Phần glucan dạng khô (g/g) Vật liệu & phương pháp 5.1 chuẩn bị chủng cấy Khả Khả năng kháng: kháng: t◦ t◦ cao cao ,, thay thay đổi đổi pH, pH, [đường] [đường] & & [bioethanol] [bioethanol] cao cao Hiệu Hiệu suất suất lên lên men men cao cao S cerevisiae PE-2 Nuôi cấy bình Erlenmeyer flask 500 mL với 125 mL môi 01 trường : 50 g/L glucose Khả Khả năng tồn tồn tại 10 g/L peptone cao cao để để tái tái sử sử dụng dụng Dịch chiết nấm men Tiến trình Ủ 35◦C & tốc độ lắc 150 rpm/16h Ly tâm vô trùng (4◦C, 5600g, 15 phút) Huyền phù mt NaCl 0,9% nồng độ cuối 200 g/L 02 Vật liệu & phương pháp 5.2 Tiền đường hóa tới lên men đồng thời (PSSF) sinh khối Sg qua tiền xử lý Oxy Nhiệt độ Bán kỵ khí 01 02 Sau 24h thủy phân, điều chỉnh từ 50 °C xuống 35 °C Định lượng glucose S cerevisiae PE-2 mL mẫu lấy 24h giai đoạn tiền đường Cấy mức 8g/L hóa Định lượng glucose & bioethanol V: 50 mL mL mẫu lấy 12, 24, 48 72h giai đoạn lên Sinh khối Sg Qua tiền xử lý + điều kiện thủy phân tối ưu men Vật liệu & phương pháp [EtOH]f (Biomass) Nồng độ ethanol cuối trình lên Hàm lượngsinh khối khơ đầu qt lên men (g/L) men (g/L) [EtOH]0 f Nồng độ ethanol Tỷ lệ glucan sinh khối khô (g/g) đầu qt lên men (g/L) 0,51 1,111 Hệ số chuyển đổi glucose thành ethanol dựa sinh hóa tỷ Hệ số tỷ lượng chuyển glucan thành glucose lượng nấm men tương đương Vật liệu & phương pháp Phương pháp phân tích 01 Mẫu phân tích Lọc 02 0.45 μm nylon filter HPLC 03 Định lượng Glucose, galactose, fucose, acetic acid & bioethanol KẾT QUẢ Kết 1.Đặc điểm sinh khối Sg Công nghệ Sargassum muticum Chưa tương thích với nguồn carbohydrate nghiên cứu 18,87g 18,87g carbohydrate carbohydrate Sinh khối Sg (g/100g) ~ 15,69g 15,69g carbohydrate carbohydrate Himanthalia elongata Sinh vật khác Glucan Glucan (10,40 (10,40 ± ± 0,96) 0,96) Galactan Galactan (4,34 (4,34 ± ± 0,39) 0,39) Fucoidan Fucoidan (6,77 (6,77 ± ± 0,69) 0,69) Cạnh tranh nguồn dinh dưỡng Sargassum horridum < 50,64g 50,64g carbohydrate carbohydrate Địa lý & khí hậu 41,81g 41,81g carbohydrate carbohydrate Sargassum spp Thay đổi mùa, vị trí địa lý & điều kiện khí hậu Kết Tiền xử lý sinh khối Sg áp suất cao Severity factor Khoảng giá trị: 3.71 – 4.23 Phù hợp: Rodríguez-Jasso et al (2013) Cernadas et al (2019) Kết pH Giảm: Nước tự ion hóa & nhóm SO3H từ fucoidan pH tối ưu lên men S cerevisiae PE-2: 4.5 – 5.5 Giải phóng Glucan t◦=190◦C, Tg=50p, Severity=4.23: cao PP bề mặt đáp ứng Sử dụng kiểm định ANOVA cho mơ hình tốn học = 95%, = 0.90 Kết 3.Thủy phân sinh khối Sg qua tiền xử lý enzyme Kết 3.Thủy phân sinh khối Sg qua tiền xử lý enzyme Hàm lượng chất rắn 5%, 9% & 13% từ sinh khối sg qua Nồng độ enzyme FPU, 10 FPU & 15 FPU tiền xử lý Điều kiện tối ưu Hàm lượng chất rắn 13% Nồng độ enzyme 10 FPU 43.07 g/L glucose Hiệu suất 92.12% Mơ hình toán học 2 R = 90%, R adj =0.81 Kết 4.Tiền đường hóa tới lên men đồng thời Tiền đường hóa 24h 01 [Glucose]:45,66 g/L Hiệu suất: 97,78% Cao thủy phân riêng biệt Lên men sau 12h 02 Glucose hết Bioethanol: 18,14 g/L Hiệu suất: 76,23% Lên men sau 72h 03 [Bioethanol] giảm: 10.39 g/L Bioethanol: bay hơi, nấm men tiêu thụ, tạo sp thay Tài liệu tham khảo Sulfahri Sulfahri, Siti Mushlihah, Dirayah Husain, Alexandra Langford and Asmi Citra Tassakka: Fungal pretreatment as a sustainable and low cost option for bioethanol production from marine algae | 10.1016/j.jclepro.2020.121763 Vasić, K., Knez, Ž., Leitgeb, M.: Bioethanol Production by Enzymatic Hydrolysis from Different Lignocellulosic Sources Molecules 26, 753 (2021) https://doi.org/10.3390/molecules26030753 Jambo, S.A., Abdulla, R., Mohd Azhar, S.H., Marbawi, H., Gansau, J.A., Ravindra, P.: A review on third generation bioethanol feedstock Renewable and Sustainable Energy Reviews 65, 756–769 (2016) https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.07.064 Orozco-González, J.G., Amador-Castro, F., Gordillo-Sierra, A.R., GarcíaCayuela, T., Alper, H.S., Carrillo-Nieves, D.: Opportunities Surrounding the Use of Sargassum Biomass as Precursor of Biogas, Bioethanol, and Biodiesel Production Frontiers in Marine Science 8, (2022) Aparicio, E., Rodríguez-Jasso, R.M., Pinales-Márquez, C.D., LoredoTreviđo, A., Robledo-Olivo, A., Aguilar, C.N., Kostas, E.T., Ruiz, H.A.: Highpressure technology for Sargassum spp biomass pretreatment and fractionation https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.124935 in the third generation of bioethanol production Bioresource Technology 329, 124935 (2021) Thank you ... phân riêng biệt Lên men sau 12h 02 Glucose hết Bioethanol: 18,14 g/L Hiệu suất: 76, 23% Lên men sau 72h 03 [Bioethanol] giảm: 10 .39 g/L Bioethanol: bay hơi, nấm men tiêu thụ, tạo sp thay... Sargassum spp biomass pretreatment and fractionation https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.124 935 in the third generation of bioethanol production Bioresource Technology 32 9, 124 935 (2021) Thank... Molecules 26, 7 53 (2021) https://doi.org/10 .33 90/molecules26 030 7 53 Jambo, S.A., Abdulla, R., Mohd Azhar, S.H., Marbawi, H., Gansau, J.A., Ravindra, P.: A review on third generation bioethanol feedstock