Luận văn nghiên cứu quá trình lên men ethanol từbã đậu nành tách béotách proteinbằng nấm men kluyveromyces marxianuscốđịnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN - NGUYỄN THỊ THANH HẰNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÊN MEN ETHANOL TỪ BÃ ĐẬU NÀNH TÁCH BÉO TÁCH PROTEIN BẰNG NẤM MEN Kluyveromyces marxianus CỐ ĐỊNH LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 8540101 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hoàng Kim Anh TP Hồ Chí Minh - Năm 2022 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH MỤC LỤC MỤC LỤC PHỤ LỤC HÌNH PHỤ LỤC BẢNG LỜI CAM ĐOAN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguyên liệu bã đậu nành tách béo, tách protein 1.2 Tiền xử lý nguyên liệu lignocellulose 11 1.3 Thủy phân dịch tiền xử lý enzyme cellulase 17 1.4 Lên men ethanol nguyên liệu lignocellulose 19 1.5 Tính đề tài 21 1.6 Mục tiêu đề tài 22 1.7 Nội dung nghiên cứu 22 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 23 2.1 Nguyên liệu 23 2.1.1 Bã đậu nành tách béo tách protein 23 2.1.2 Nấm men Kluyveromyces marxianus 24 2.1.3 Hệ enzyme Cellulase 24 2.2 Quy trình lên men ethanol từ bã đậu nành tách béo tách protein 25 2.3 Sơ đồ nghiên cứu 26 2.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm 27 2.4.1 Nghiên cứu 1: Xác định thông số trình tiền xử lý bã đậu nành tách béo protein acid có hỗ trợ vi sóng/ siêu âm 27 2.4.2 Nghiên cứu 2: Nghiên cứu thủy phân bã đậu nành tiền xử lý hệ enzyme cellulase 29 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ 2.4.3 GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Nghiên cứu 3: Lên men dịch thủy phân nấm men cố định K marximus cố định xác định động học trình lên men 31 2.5 Các phương pháp phân tích đánh giá 32 2.5.1 Các phương pháp phân tích nguyên liệu 32 2.5.2 Các phương pháp phân tích q trình tiền xử lý, thủy phân lên men 35 2.6 Các phương pháp xử lý số liệu 37 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Thành phần hóa học nguyên liệu bã đậu nành tách béo tách protein 38 3.2 Nghiên cứu trình tiền xử lý bã đậu nành tách béo, tách protein acid H2SO4 loãng có hỗ trợ vi sóng/ siêu âm 40 3.2.1 Ảnh hưởng nồng độ chất đến trình tiền xử lý acid 40 3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ acid đến trình tiền xử lý acid 46 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian đến trình tiền xử lý acid 51 3.2.4 So sánh phương pháp tiền xử lý acid, acid kết hợp với siêu âm acid kết hợp với vi sóng 54 3.3 Quá trình thủy phân bã đậu nành tiền xử lý hệ enzyme cellulase 61 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng phương pháp tiền xử lý đến trình thủy phân 62 3.3.2 Ảnh hưởng loại enzyme endoglucanase nồng độ enzyme endoglucanse đến trình thủy phân 65 3.3.3 Ảnh hưởng nồng độ enzyme β-glucosidase đến trình thủy phân 68 3.3.4 Ảnh hưởng thời gian đến trình thủy phân 69 3.4 Nghiên cứu trình lên men dịch thủy phân nấm men Kluyvermyces marxianus cố định 70 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 CHƯƠNG 5: TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HỒNG KIM ANH PHỤ LỤC HÌNH Hình 1: Q trình hình thành sản phẩm sản phẩm phụ từ nguyên liệu đậu nành 10 Hình 2: Phân loại phương pháp tiền xử lý 11 Hình 3: Cơ chế tiền xử lý vi sóng sinh khối lignocellulose 15 Hình 4: Cơ chế tiền xử lý siêu âm sinh khối lignocellulose 16 Hình 5: Quy trình sản xuất SPI 23 Hình 6: Quy trình cố định nấm men 24 Hình 7: Sơ đồ quy trình lên men ethanol từ bã đậu nành tách béo, tách protein 25 Hình 8: Sơ đồ trình bày nội dung nghiên cứu thực luận văn 26 Hình 9: Cấu trúc nguyên liệu bã đậu nành sau tách béo tách protein .39 Hình 10: Ảnh hưởng nồng độ chất đến thành phần bã rắn q trình tiền xử lý acid lỗng .43 Hình 11: Ảnh hưởng nồng độ acid đến thành phần bã rắn trình tiền xử lý acid loãng 48 Hình 12: Ảnh hưởng thời gian tiền xử lý đến thành phần bã rắn q trình tiền xử lý acid lỗng 53 Hình 13: Ảnh hưởng phương pháp tiền xử lý đến thành phần bã rắn trình tiền xử lý bã đậu nành tách béo tách protein .57 Hình 14: Hình chụp SEM bã đậu nành tách béo tách protein tiền xử phương pháp khác .59 Hình 15: Ảnh hưởng phương pháp tiền xử lý acid đến nồng độ đường khử, hiệu suất thủy phân kích thước hạt q trình thủy phân dịch tiền xử lý .62 Hình 16: Hình chụp SEM bã đậu nành tách béo, tách protein tiền lý phương pháp tiền xử lý khác thủy phân enzyme Celluclast 30 U/g carbohydrate, enzyme β-glucosidase 30 U/g carbohydrate, 50oC 12 64 Hình 17: Ảnh hưởng loại enzyme nồng độ enzyme endoglucanase đến nồng độ đường khử, hiệu suất thủy phân kích thước hạt q trình thủy phân 66 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Hình 18: Ảnh hưởng loại nồng độ enzyme β-glucosidase đến hàm lượng đường khử hiệu suất thủy phân 68 Hình 19: Ảnh hưởng thời gian thủy phân đến hàm lượng đường khử hiệu suất thủy phân 70 Hình 20: Ảnh hưởng thời gian lên men nồng độ nấm men đến hàm lượng đường sót 72 Hình 21: Ảnh hưởng thời gian lên men mật độ tế bào đến nồng độ ethanol sinh 73 Hình 22: Ảnh hưởng thời gian lên men nồng độ nấm men đến hiệu suất lên men 75 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH PHỤ LỤC BẢNG Bảng 1: Ưu điểm nhược điểm phương pháp tiền xử lý khác 12 Bảng 2: Bảng thông số tối ưu loại enzyme khảo sát 29 Bảng 3:Thành phần hóa học nguyên liệu bã đậu nành tách béo bã đậu nành tách béo tách protein 39 Bảng 4: Các thông số vật lý bã đậu nành tách béo tách protein 40 Bảng 5: Ảnh hưởng nồng độ chất đến hàm lượng đường khử, hiệu suất thủy phân, số tinh thể kích thước hạt q trình tiền xử lý acid loãng 41 Bảng 6: Hàm lượng chất ức chế trình khảo sát nồng độ chất tiền xử lý tối ưu 45 Bảng 7: Ảnh hưởng nồng độ acid đến hàm lượng đường khử, hiệu suất thủy phân, số tinh thể kích thước hạt q trình tiền xử lý acid lỗng 47 Bảng 8: Hàm lượng chất ức chế trình khảo sát nồng độ acid tiền xử lý tối ưu .50 Bảng 9: Ảnh hưởng thời gian tiền xử lý đến hàm lượng đường khử, hiệu suất thủy phân, số tinh thể kích thước hạt q trình tiền xử lý acid lỗng 52 Bảng 10:Hàm lượng chất ức chế trình khảo sát nồng độ acid tiền xử lý tối ưu .54 Bảng 11: Ảnh hưởng phương pháp tiền xử lý đến hàm lượng đường khử, hiệu suất thủy phân, hàm lượng chất ức chế sinh (HMF, acid ferulic acid acetic) 56 Bảng 12: Thông số vật lý bã đậu nành tiền xử lý phương pháp khác nhau: tiền xử lý acid lỗng có kết hợp với siêu âm vi sóng .61 Bảng 13: Bảng profile đường đơn dịch thủy phân dịch lên men 76 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo theo yêu cầu Tác giả luận án Nguyễn Thị Thanh Hằng HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển mạnh mẽ ngành công nghệ thực phẩm dẫn đến gia tăng ngày nhiều phụ phẩm nơng nghiệp Phụ phẩm nơng nghiệp có nguồn gốc thực vật gồm bột hạt có dầu, vỏ thực vật, hạt, thịt quả, bã hoa loại khác; phụ phẩm nguồn gốc từ động vật gồm váng sữa, bột cá, thịt bột xương, máu, v.v giá thể nấm Hầu hết nguồn phụ phẩm chứa nhiều protein thô, chất xơ, hợp chất phenolic chủ yếu sử dụng làm phân bón cho trồng Những phụ phẩm có thành phần giàu protein sử dụng chăn nuôi chế biến thức ăn thương mại cho vật nuôi Các sản phẩm phụ ngành nông nghiệp sử dụng làm thức ăn chăn nuôi bao gồm bã cọ (phụ phẩm từ cọ dầu), sản phẩm phụ từ trình chế biến đường, hạt ngũ cốc, trái họ cam quýt rau từ trình chế biến thực phẩm Ngồi ra, theo Tổ chức Nơng lương Liên hợp quốc (FAO), chất thải tạo từ ngành cơng nghiệp trái có múi ước tính khoảng 21 triệu năm Ở nước phát triển khác Trung Quốc, thành phố lớn Đài Bắc Seoul tạo 182 767 kilotons/ năm chất thải thực phẩm Ở Brazil, Mỹ, Ấn Độ, Trung Quốc, Hàn Quốc nhiều quốc gia khác có nhiều chất thải thực phẩm Các nghiên cứu tập trung vào phụ phẩm cơng nghiệp thực phẩm sẵn có để sản xuất nhiên liệu sinh học hệ thứ hai Sử dụng nhiên liệu sinh học làm giảm hiệu ứng nhà kính, cung cấp nguồn lượng bền vững Nhiên liệu sinh học bao gồm bioethanol, biomethanol, dầu thực vật, dầu diesel sinh học, khí sinh học, khí tổng hợp sinh học (biosyngas), dầu sinh học, than sinh học biohydrogen Trong đó, nhiên liệu sinh học dạng lỏng biomethanol bioethanol quan tâm nhiều Trước đây, sản xuất ethanol sinh học chủ yếu từ tinh bột đường có nhiều tranh luận tính bền vững Do đó, nguyên liệu giàu cellulose, phụ phẩm nông nghiệp xem lựa chọn tiềm ngun liệu giàu cellulose khơng cạnh tranh với lương thực giá thành rẻ so với loại nguyên liệu khác dùng để sản xuất nhiên liệu sinh học Ngoài ra, nguyên liệu giàu cellulose nguồn nguyên liệu phù hợp cho sản xuất nhiên HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH liệu sinh học nguồn tài nguyên tái tạo phát triển cách bền vững tương lai; thân thiện với môi trường; có tiềm kinh tế quan trọng giá nhiên liệu hóa thạch có xu hướng tăng Hiệu suất lên men ethanol sinh học từ nguyên liệu giàu cellulose, phụ phẩm nông nghiệp phụ thuộc vào hàm lượng cellulose, hemicellulose nồng độ đường nguyên liệu thực vật Lignin sử dụng để sản xuất ethanol sinh học Do đó, sản xuất ethanol từ nguyên liệu giàu cellulose bao gồm có bước chính: phá hủy cấu trúc polysaccharides thành đường có khả lên men cách sử dụng acid enzyme, lên men đường thành ethanol thu hồi ethanol Do lignocellulose có cấu trúc khó bị phá hủy nên trình tiền xử lý bước cần thiết cho việc thu nhận loại đường có khả lên men bước thủy phân Mục đích tiền xử lý phá vỡ cấu trúc lignin cấu trúc tinh thể cellulose để tăng cường khả tiếp xúc chúng với enzyme thủy phân Do đó, nghiên cứu bã đậu nành tách béo protein sử dụng để lên men ethanol với q trình sau: q trình tiền xử lý sinh khối acid lỗng có hỗ trợ siêu âm vi sóng; q trình thủy phân dịch tiền xử lý hệ enzyme cellulase trình lên men dịch thủy phân nấm men Kluyveromyces marxianus cố định HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguyên liệu bã đậu nành tách béo, tách protein Theo thống kê Hoa Kỳ, sản lượng đậu nành năm 2022 dự kiến đạt 4,4 tỷ tấn, tăng 270 triệu so với năm 2021 suất diện tích thu hoạch tăng [1] Đậu nành sinh trưởng phát triển nhiều loại đất điều kiện khí hậu khiến trở thành loại trồng đa dụng loại có dầu trồng rộng rãi Hạt đậu nành sau tách béo, phần bã đậu nành lại chứa nhiều thành phần dinh dưỡng có giá trị cao có chức sử dụng thực phẩm dành cho người động vật Trong trình chế biến đậu nành sản phẩm protein từ đậu nành, lượng lớn sản phẩm phụ chất thải bị bỏ đi, thành phần chủ yếu carbohydrate [2] Sơ đồ quy trình hình mơ tả hình thành sản phẩm khác tạo từ trình chế biến đậu nành Vỏ đậu nành chiếm gần 8–10% toàn hạt đậu nành, loại bỏ khỏi hạt đậu nành Đây phụ phẩm có giá trị thương mại thấp nhiều so với dầu protein, vỏ không ý nhiều việc sử dụng làm thức ăn gia súc Chúng thường bán nguyên dạng dạng viên nén cho gia súc lợn ăn Sau đó, hạt đậu nành tách vỏ ép chiết xuất dung môi để lấy dầu [3] Bã đậu nành chứa lượng carbohydrate đáng kể phần lớn carbohydrate khơng hịa tan / tiêu hóa Thành phần bã đậu nành tách béo khác tùy thuộc vào nguồn gốc giống đậu nành, điều kiện môi trường trồng trọt điều kiện chế biến Trên sở trọng lượng ướt, bã đậu nành tách béo bao gồm 48–50% protein, 30–32% carbohydrate, 5–6% tro 2–3% chất béo[4] Để sản xuất protein isolate từ bã đậu nành tách béo, protein trích ly dung mơi kiềm, sau kết tủa pI đẳng điện Phần bã rắn lại chủ yếu chứa polysaccharide khơng hịa tan gọi bã đậu nành tách béo tách protein (Bã TBTP) Ngoài ra, bã đậu nành tách béo tiến hành trích ly để loại bỏ đường hịa tan nước (có khơng có ethanol) pH xung quanh điểm đẳng HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Các sản phẩm thủy phân sinh khối lignocellulose thường chứa đường hexose glucose, mannose, galactose đường pentose xylose, arabinose Nấm men Kluyvermomyces marxianus chứng minh có khả lên men hai loại đường pentose hexose [104] Tahir cộng (2021) nghiên cứu trình lên men ethanol nấm men K marxianus từ nguyên liệu sồi Q aegilops 48 giờ; kết cho thấy nồng độ glucose giảm từ 5.37g/L xuống 1.6 g/L, nồng độ xylose giảm từ 13.04 xuống 9.48 g/L [77] Kết nghiên cứu Mata cộng (2015) trình lên men dịch thủy phân bã bia nấm men Kluyveromyces Marxianus 72 cho thấy, nấm men Kluyveromyces Marxianus có khả sử dụng đường pentose; hàm lượng đường xylose giảm từ 5.95% (0.33 g/ 25g sinh khối) xuống 3.22% ( 0.18g/ 25g sinh khối), đường arabinose có hiệu suất sử dụng 15.35% với hàm lượng giảm từ 16.75% (0.93 g/25 g sinh khối) xuống 14.2% (0.79 g/25 g sinh khối), hàm lượng glucose giảm 27.42% sau lên men 72 [105] Trong nghiên cứu chúng tôi, kết hiệu suất sử dụng đường Kluyveromyces marxianus cố định cho thấy, đường glucose mannose nấm men sử dụng nhiều nhất, đường pentose xylose arabinose sử dụng với hiệu suất thấp Tương tự nghiên cứu Ra cộng (2016), sau 48 lên men hàm lượng galactose 11.0 g/ L dịch lên men Điều nấm men ưu tiên sử dụng glucose monosaccharide khác, dẫn đến việc tiêu thụ galactose không hiệu [106] Bảng 13: Profile đường đơn dịch thủy phân dịch lên men Đường đơn Dịch thủy phân (g/L) Dịch lên men (g/L) Glucose 3.34 0.12 Galactose 10.38 1.23 Mannose 0.38 0.03 Xylose 2.39 1.78 Arabinose 7.14 4.11 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 76 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận: Trong nghiên cứu này, bã đậu nành tách béo tách protein chứng minh nguyên liệu tiềm để sản xuất ethanol sinh học hệ thứ hai dựa thành phần hóa học Hai phương pháp tiền xử lý sử dụng hiệu để thủy phân thành phần cellulose hemicellulose nguyên liệu Khi tiền xử lý acid loãng, điều kiện tối ưu trình 2% H2SO4 nhiệt độ 121°C, nồng độ chất 17.5% (w/v) thời gian tiền xử lý 30 phút; hàm lượng đường khử tạo 72.1 g/L Khi có hỗ trợ siêu âm, hàm lượng đường khử tăng lên 81.1 g/L, hiệu suất tiền xử lý tăng, số kết tinh kích thước hạt bã rắn giảm, bề mặt sinh khối diện bó sợi cellulose rõ rệt Sử dụng hệ enzyme cellulase để thủy phân sinh khối tiền xử lý acid siêu âm làm tăng hàm lượng đường khử lên 151.7 g/L Điều kiện tối ưu trình thủy phân nồng độ enzyme Celluclast 1.5L 45U/g carbohydrate, nồng độ enzyme β-glucosidase 90U/g carbohydrate, thời gian thủy phân 36 Hiệu suất thủy phân đạt 82.8% Nấm men Kluyveromyces marxianus có khả sử dụng đường hexose đường pentose, hiệu suất sử dụng đường hexose cao Quá trình lên men dịch thủy phân nấm men Kluyveromyces marxianus cố định 48 cho kết hàm lượng ethanol cao 31.6 g/L Khi tăng mật độ giống cấy từ 107 tế bào/mL đến 108 tế bào/mL, thời gian lên men rút ngắn lại từ 48 xuống 24 với hiệu suất lên men hàm lượng ethanol không thay đổi 4.2 Kiến nghị: Để nâng cao hiệu trình tiền xử lý, thủy phân lên men, chúng tơi có số kiến nghị sau: HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 77 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ - GVHD: PGS.TS HỒNG KIM ANH Nghiên cứu q trình loại bỏ hàm lượng lignin khỏi sinh khối dịch tiền xử lý để nâng cao hiệu thủy phân enzyme - Nghiên cứu mơ hình lên men khác thủy phân lên men đồng thời kết hợp để tăng hiệu suất lên men hàm lượng ethanol tạo - Nghiên cứu trình tái sử dụng tế bào nấm men cố định để biết tính khả thi tế bào nấm men cố định HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 78 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH CHƯƠNG 5: TÀI LIỆU THAM KHẢO (USDA), U.S.D.o.A., World Agricultural Supply and Demand Estimates World Agricultural Outlook Board, 2021 Medic, J., C Atkinson, and C.R Hurburgh, Current knowledge in soybean composition Journal of the American oil chemists' society, 2014 91(3): p 363-384 Erickson, D.R., Practical handbook of soybean processing and utilization 2015: Elsevier Al Loman, A and L.-K Ju, Soybean carbohydrate as fermentation feedstock for production of biofuels and value-added chemicals Process Biochemistry, 2016 51(8): p 1046-1057 Romão, B.n.B., et al., Ethanol production from hydrolyzed soybean molasses Energy & fuels, 2012 26(4): p 2310-2316 Villanueva, M., et al., Effect of high-fat diets supplemented with okara soybean by-product on lipid profiles of plasma, liver and faeces in Syrian hamsters Food chemistry, 2011 124(1): p 72-79 Rezania, S., et al., Different pretreatment technologies of lignocellulosic biomass for bioethanol production: an overview Energy, 2020 199: p 117457 Abo, B.O., et al., Lignocellulosic biomass for bioethanol: an overview on pretreatment, hydrolysis and fermentation processes Reviews on environmental health, 2019 34(1): p 57-68 Alvira, P., et al., Pretreatment technologies for an efficient bioethanol production process based on enzymatic hydrolysis: a review Bioresource technology, 2010 101(13): p 4851-4861 10 Elgharbawy, A.A., et al., Ionic liquid pretreatment as emerging approaches for enhanced enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass Biochemical Engineering Journal, 2016 109: p 252-267 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 79 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ 11 GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Paulová, L., et al., Production of 2nd generation of liquid biofuels Liquid, Gaseous and Solid Biofuels: Conversion Techniques; Fang, Z., Ed, 2013: p 47-78 12 Mankar, A.R., et al., Pretreatment of lignocellulosic biomass: A review on recent advances Bioresource Technology, 2021 334: p 125235 13 Woiciechowski, A.L., et al., Lignocellulosic biomass: Acid and alkaline pretreatments and their effects on biomass recalcitrance–Conventional processing and recent advances Bioresource technology, 2020 304: p 122848 14 Prasad, S., et al., Enhancement of bio-ethanol production potential of wheat straw by reducing furfural and 5-hydroxymethylfurfural (HMF) Bioresource Technology Reports, 2018 4: p 50-56 15 Kuglarz, M., et al., Integrated production of cellulosic bioethanol and succinic acid from rapeseed straw after dilute-acid pretreatment Bioresource technology, 2018 265: p 191-199 16 Qing, Q., et al., Comparison of alkaline and acid pretreatments for enzymatic hydrolysis of soybean hull and soybean straw to produce fermentable sugars Industrial Crops Products, 2017 109: p 391-397 17 Kim, D., Physico-chemical conversion of lignocellulose: inhibitor effects and detoxification strategies: a mini review Molecules, 2018 23(2): p 309 18 Zaker, A., et al., Microwave-assisted pyrolysis of sewage sludge: A review Fuel processing technology, 2019 187: p 84-104 19 Haldar, D and M.K Purkait, A review on the environment-friendly emerging techniques for pretreatment of lignocellulosic biomass: Mechanistic insight and advancements Chemosphere, 2021 264: p 128523 20 Bundhoo, Z.M and R Mohee, Ultrasound-assisted biological conversion of biomass and waste materials to biofuels: A review Ultrasonics sonochemistry, 2018 40: p 298-313 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 80 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ 21 GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Motasemi, F and M.T Afzal, A review on the microwave-assisted pyrolysis technique Renewable and sustainable energy reviews, 2013 28: p 317-330 22 Salazar-González, C., et al., Recent studies related to microwave processing of fluid foods Food and Bioprocess Technology, 2012 5(1): p 31-46 23 Aguilar-Reynosa, A., et al., Microwave heating processing as alternative of pretreatment in second-generation biorefinery: An overview Energy Conversion and Management, 2017 136: p 50-65 24 Xia, A., et al., Enhancing enzymatic saccharification of water hyacinth through microwave heating with dilute acid pretreatment for biomass energy utilization Energy, 2013 61: p 158-166 25 Hu, Z and Z Wen, Enhancing enzymatic digestibility of switchgrass by microwave-assisted alkali pretreatment Biochemical Engineering Journal, 2008 38(3): p 369-378 26 Anita, S.H., et al., Optimization of microwave-assisted oxalic acid pretreatment of oil palm empty fruit bunch for production of fermentable sugars Waste and biomass valorization, 2020 11(6): p 2673-2687 27 Kuna, E., et al., Sonocatalysis: a potential sustainable pathway for the valorization of lignocellulosic biomass and derivatives Chemistry and chemical technologies in waste valorization, 2017: p 1-20 28 Loow, Y.-L., et al., Role of energy irradiation in aiding pretreatment of lignocellulosic biomass for improving reducing sugar recovery Cellulose, 2016 23(5): p 2761-2789 29 Subhedar, P.B., P Ray, and P.R Gogate, Intensification of delignification and subsequent hydrolysis for the fermentable sugar production from lignocellulosic biomass using ultrasonic irradiation Ultrasonics sonochemistry, 2018 40: p 140-150 30 Zhang, W., et al., Effect of ultrasound on ionic liquid-hydrochloric acid pretreatment with rice straw Biomass Conversion and Biorefinery, 2021 11(5): p 1749-1757 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 81 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ 31 GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Muthuvelu, K.S., et al., Evaluation and characterization of novel sources of sustainable lignocellulosic residues for bioethanol production using ultrasound-assisted alkaline pre-treatment Waste Management, 2019 87: p 368-374 32 He, Z., et al., Effects of ultrasound pretreatment on eucalyptus thermal decomposition characteristics as determined by thermogravimetric, differential scanning calorimetry, and Fourier transform infrared analysis ACS omega, 2018 3(6): p 6611-6616 33 Tao, X., et al., Reinforced acid-pretreatment of Triarrhena lutarioriparia to accelerate its enzymatic hydrolysis International Journal of Hydrogen Energy, 2017 42(29): p 18301-18308 34 Yang, G and J Wang, Ultrasound combined with dilute acid pretreatment of grass for improvement of fermentative hydrogen production Bioresource technology, 2019 275: p 10-18 35 Velmurugan, R and K Muthukumar, Utilization of sugarcane bagasse for bioethanol production: sono-assisted acid hydrolysis approach Bioresource technology, 2011 102(14): p 7119-7123 36 Himmel, M.E., et al., Biomass recalcitrance: engineering plants and enzymes for biofuels production science, 2007 315(5813): p 804-807 37 Binod, P., et al., Hydrolysis of lignocellulosic biomass for bioethanol production, in Biofuels 2011, Elsevier p 229-250 38 Barbanera, M., et al., Optimization of bioethanol production from steam exploded hornbeam wood (Ostrya carpinifolia) by enzymatic hydrolysis Renewable Energy, 2018 124: p 136-143 39 Vasić, K., Ž Knez, and M.J.M Leitgeb, Bioethanol production by enzymatic hydrolysis from different lignocellulosic sources 2021 26(3): p 753 40 Láinez, M., et al., Bioethanol production from enzymatic hydrolysates of Agave salmiana leaves comparing S cerevisiae and K marxianus Renewable energy, 2019 138: p 1127-1133 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 82 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ 41 GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Subsamran, K., et al., Potential use of vetiver grass for cellulolytic enzyme production and bioethanol production Biocatalysis Agricultural Biotechnology, 2019 17: p 261-268 42 Chandel, A.K., et al., Economics and environmental impact of bioethanol production technologies: an appraisal Biotechnology molecular biology review, 2007 2(1): p 14-32 43 Laopaiboon, L., et al., Ethanol production from sweet sorghum juice in batch and fed-batch fermentations by Saccharomyces cerevisiae World Journal of Microbiology Biotechnology, 2007 23(10): p 1497-1501 44 Azhar, S.H.M., et al., Yeasts in sustainable bioethanol production: A review Biochemistry biophysics reports, 2017 10: p 52-61 45 Zabed, H., et al., Bioethanol production from fermentable sugar juice The scientific world journal, 2014 2014 46 Breisha, G.Z., Production of 16% ethanol from 35% sucrose Biomass bioenergy, 2010 34(8): p 1243-1249 47 Mojović, L., et al., Production of bioethanol from corn meal hydrolyzates Fuel, 2006 85(12-13): p 1750-1755 48 Sachin, K., et al., Continuous ethanol production by Kluyveromyces sp IIPE453 immobilized on bagasse chips in packed bed reactor Journal of Petroleum Technology Alternative Fuels, 2011 2(1): p 1-6 49 Aarti, C., A Khusro, and P Agastian, Lignocellulosic biomass as potent feedstock resource for bioethanol production: Recent updates World News of Natural Sciences, 2021 37: p 164-181 50 Martins, S.C.S., et al., Immobilization of microbial cells: A promising tool for treatment of toxic pollutants in industrial wastewater African journal of biotechnology, 2013 12(28) 51 Adelabu, B.A., et al., Bioconversion of corn straw to ethanol by cellulolytic yeasts immobilized in Mucuna urens matrix Journal of King Saud University-Science, 2019 31(1): p 136-141 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 83 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ 52 GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Qiu, Z and R Jiang, Improving Saccharomyces cerevisiae ethanol production and tolerance via RNA polymerase II subunit Rpb7 Biotechnology for Biofuels, 2017 10(1): p 1-13 53 Madeira-Jr, J.V and A.K Gombert, Towards high-temperature fuel ethanol production using Kluyveromyces marxianus: On the search for plug-in strains for the Brazilian sugarcane-based biorefinery Biomass and bioenergy, 2018 119: p 217-228 54 Hang, Y.D., E.E Woodams, and L.E Hang, Utilization of corn silage juice by Klyuveromyces marxianus Bioresource technology, 2003 86(3): p 305307 55 Martínez, O., et al., Valorization of sugarcane bagasse and sugar beet molasses using Kluyveromyces marxianus for producing value-added aroma compounds via solid-state fermentation Journal of Cleaner Production, 2017 158: p 8-17 56 Ozmihci, S and F Kargi, Comparison of yeast strains for batch ethanol fermentation of cheese–whey powder (CWP) solution Letters in applied microbiology, 2007 44(6): p 602-606 57 Yan, J., et al., Bioethanol production from sodium hydroxide/hydrogen peroxide-pretreated water hyacinth via simultaneous saccharification and fermentation with a newly isolated thermotolerant Kluyveromyces marxianu strain Bioresource technology, 2015 193: p 103-109 58 Diniz, R.H.S., et al., Transcriptome analysis of the thermotolerant yeast Kluyveromyces marxianus CCT 7735 under ethanol stress Applied microbiology and biotechnology, 2017 101(18): p 6969-6980 59 Nazareth, Z.M., N.A Deak, and L.A.J.J.o.t.A.O.C.S Johnson, Functional properties of soy protein isolates prepared from gas‐supported screw‐ pressed soybean meal 2009 86(4): p 315 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 84 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ 60 GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Jung, S.-J., S.-H Kim, and I.-M Chung, Comparison of lignin, cellulose, and hemicellulose contents for biofuels utilization among types of lignocellulosic crops Biomass and bioenergy, 2015 83: p 322-327 61 Sluiter, A., et al., Determination of sugars, byproducts, and degradation products in liquid fraction process samples Golden: National Renewable Energy Laboratory, 2006 11: p 65-71 62 Ahvenainen, P., I Kontro, and K Svedström, Comparison of sample crystallinity determination methods by X-ray diffraction for challenging cellulose I materials Cellulose, 2016 23(2): p 1073-1086 63 Amini, E., et al., Cellulose and lignocellulose nanofibril suspensions and films: a comparison Carbohydrate Polymers, 2020 250: p 117011 64 Karki, B., et al., Enhancing protein and sugar release from defatted soy flakes using ultrasound technology Journal of Food Engineering, 2010 96(2): p 270-278 65 Alam, A., et al., A finalized determinant for complete lignocellulose enzymatic saccharification potential to maximize bioethanol production in bioenergy Miscanthus Biotechnology for Biofuels, 2019 12(1): p 1-22 66 Saqib, A.A.N and P.J Whitney, Differential behaviour of the dinitrosalicylic acid (DNS) reagent towards mono-and di-saccharide sugars Biomass and bioenergy, 2011 35(11): p 4748-4750 67 Wang, L.-Q., L.-Y Cai, and Y.-L Ma, Study on inhibitors from acid pretreatment of corn stalk on ethanol fermentation by alcohol yeast RSC advances, 2020 10(63): p 38409-38415 68 Ivory, R., et al., Determination of ethanol concentration in kombucha beverages: Single-laboratory validation of an enzymatic method, first action method 2019.08 Journal of AOAC International, 2021 104(2): p 422-430 69 Miron, J., E Yosef, and D Ben-Ghedalia, Composition and in vitro digestibility of monosaccharide constituents of selected byproduct feeds Journal of Agricultural Food Chemistry, 2001 49(5): p 2322-2326 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 85 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ 70 GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Corredor, D., et al., Enzymatic hydrolysis of soybean hulls using dilute acid and modified steam-explosion pretreatments Journal of Biobased Materials Bioenergy, 2008 2(1): p 43-50 71 Mielenz, J.R., J.S Bardsley, and C.E Wyman, Fermentation of soybean hulls to ethanol while preserving protein value Bioresource Technology, 2009 100(14): p 3532-3539 72 Cassales, A., et al., Optimization of soybean hull acid hydrolysis and its characterization as a potential substrate for bioprocessing Biomass and bioenergy, 2011 35(11): p 4675-4683 73 Yu, C.-A and C.-Y Yang, Bio-ionic liquid pretreatment and ultrasoundpromoted enzymatic hydrolysis of black soybean okara Journal of bioscience and bioengineering, 2019 127(6): p 767-773 74 Rocha, M.V.P., et al., Evaluation of dilute acid pretreatment on cashew apple bagasse for ethanol and xylitol production Chemical Engineering Journal, 2014 243: p 234-243 75 Xu, N., et al., Hemicelluloses negatively affect lignocellulose crystallinity for high biomass digestibility under NaOH and H2SO4 pretreatments in Miscanthus Biotechnology for Biofuels, 2012 5(1): p 1-12 76 de Moraes Rocha, G.J., et al., Dilute mixed-acid pretreatment of sugarcane bagasse for ethanol production biomass and bioenergy, 2011 35(1): p 663670 77 Tahir, B and H.A Mezori, Bioethanol production from Quercus aegilops using Pichia stipitis and Kluyveromyces marxianus Biomass Conversion and Biorefinery, 2020: p 1-10 78 da Silveira dos Santos, D., et al., Ethanol production from sugarcane bagasse by Zymomonas mobilis using simultaneous saccharification and fermentation (SSF) process Applied biochemistry and biotechnology, 2010 161(1): p 93-105 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 86 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ 79 GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Vane, L.M., Separation technologies for the recovery and dehydration of alcohols from fermentation broths Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 2008 2(6): p 553-588 80 Siacor, F.D.C., C.F.Y Lobarbio, and E.B Taboada, Pretreatment of mango (Mangifera indica L Anacardiaceae) seed husk for bioethanol production by dilute acid treatment and enzymatic hydrolysis Applied Biochemistry and Biotechnology, 2021 193(5): p 1338-1350 81 Kanchanalai, P., et al., Reaction kinetics of concentrated-acid hydrolysis for cellulose and hemicellulose and effect of crystallinity BioResources, 2016 11(1): p 1672-1689 82 Sritrakul, N., S Nitisinprasert, and S Keawsompong, Evaluation of dilute acid pretreatment for bioethanol fermentation from sugarcane bagasse pith Agriculture and Natural Resources, 2017 51(6): p 512-519 83 Zhao, R., et al., Methane production from rice straw pretreated by a mixture of acetic–propionic acid Bioresource Technology, 2010 101(3): p 990-994 84 Nguyen, T.H., et al., Bioethanol production from soybean residue via separate hydrolysis and fermentation Applied biochemistry biotechnology, 2018 184(2): p 513-523 85 Dhabhai, R., S.P Chaurasia, and A.K Dalai, Effect of pretreatment conditions on structural characteristics of wheat straw Chemical Engineering Communications, 2013 200(9): p 1251-1259 86 Nadar, D., K Naicker, and D Lokhat, Ultrasonically-Assisted Dissolution of Sugarcane Bagasse during Dilute Acid Pretreatment: Experiments and Kinetic Modeling Energies, 2020 13(21): p 5627 87 Esfahani, M.R and M Azin, Pretreatment of sugarcane bagasse by ultrasound energy and dilute acid Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering, 2012 7(2): p 274-278 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 87 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ 88 GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Zhu, Z., et al., Efficient sugar production from sugarcane bagasse by microwave assisted acid and alkali pretreatment Biomass and Bioenergy, 2016 93: p 269-278 89 Mikulski, D and G Kłosowski, Microwave-assisted dilute acid pretreatment in bioethanol production from wheat and rye stillages Biomass and bioenergy, 2020 136: p 105528 90 Yu, N., et al., Production of bio-ethanol by integrating microwave-assisted dilute sulfuric acid pretreated sugarcane bagasse slurry with molasses Applied biochemistry and biotechnology, 2018 185(1): p 191-206 91 Singh, R., et al., Performance study of combined microwave and acid pretreatment method for enhancing enzymatic digestibility of rice straw for bioethanol production Plant Knowledge Journal, 2013 2(4): p 157-162 92 Paramasivan, S., et al., Assessing the potential of lignocellulosic energy crops as an alternative resource for bioethanol production using ultrasound assisted dilute acid pretreatment Materials Today: Proceedings, 2021 45: p 3279-3285 93 García, A., et al., Ultrasound-assisted fractionation of the lignocellulosic material Bioresource Technology, 2011 102(10): p 6326-6330 94 Yan, D., et al., Multimode-ultrasound and microwave assisted natural ternary deep eutectic solvent sequential pretreatments for corn straw biomass deconstruction under mild conditions Ultrasonics sonochemistry, 2021 72: p 105414 95 Chen, W.-H., Y.-J Tu, and H.-K Sheen, Disruption of sugarcane bagasse lignocellulosic structure by means of dilute sulfuric acid pretreatment with microwave-assisted heating Applied energy, 2011 88(8): p 2726-2734 96 Wang, P., et al., Effect of physicochemical pretreatments plus enzymatic hydrolysis on the composition and morphologic structure of corn straw Renewable Energy, 2019 138: p 502-508 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 88 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ 97 GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Tan, I.S and K.T Lee, Solid acid catalysts pretreatment and enzymatic hydrolysis of macroalgae cellulosic residue for the production of bioethanol Carbohydrate polymers, 2015 124: p 311-321 98 Zulkefli, S., E Abdulmalek, and M.B.A Rahman, Pretreatment of oil palm trunk in deep eutectic solvent and optimization of enzymatic hydrolysis of pretreated oil palm trunk Renewable Energy, 2017 107: p 36-41 99 Salleh, N.S and A.M.A Murad Enzymatic hydrolysis of oil palm empty fruits bunch fiber using Celluclast® and Accellerase® BG for sugar production in AIP Conference Proceedings 2016 AIP Publishing LLC 100 Nwamba, M.C., et al., Efficiency enhancement of a new cellulase cocktail at low enzyme loading for high solid digestion of alkali catalyzed atmospheric glycerol organosolvent pre-treated sugarcane bagasse Bioresource Technology, 2021 338: p 125505 101 Tan, I.S and K.T Lee, Enzymatic hydrolysis and fermentation of seaweed solid wastes for bioethanol production: An optimization study Energy, 2014 78: p 53-62 102 Sindhu, R., et al., Bioethanol production from dilute acid pretreated Indian bamboo variety (Dendrocalamus sp.) by separate hydrolysis and fermentation Industrial Crops and Products, 2014 52: p 169-176 103 Kumoro, A.C., et al., Bioethanol production from oil palm empty fruit bunches using Saccharomyces cerevisiae immobilized on sodium alginate beads Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 2021 65(4): p 493504 104 Goshima, T., et al., Bioethanol production from lignocellulosic biomass by a novel Kluyveromyces marxianus strain Bioscience, biotechnology, and biochemistry, 2013 77(7): p 1505-1510 105 Mata, T.M., et al., Bioethanol from brewers’ spent grain: pentose fermentation Chemical engineering transactions, 2015 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 89 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ 106 GVHD: PGS.TS HOÀNG KIM ANH Ra, C.H., et al., Evaluation of hyper thermal acid hydrolysis of Kappaphycus alvarezii for enhanced bioethanol production Bioresource Technology, 2016 209: p 66-72 HVTH: NGUYỄN THỊ THANH HẰNG Trang | 90