Phân lập và đánh giá khả năng lên men của một số chủng nấm men có hoạt lực cao trong sản xuất cồn từ cây men lá tỉnh lào cai 1

1 PHẦN I MỞ ĐẦU n yê u ch Nhiên liệu là vật chất sử dụng để giải phóng năng lượng khi cấu trúc vật lý hoặc hóa học bị thay đổi Năng lượng giải phóng cần thiết giải phóng lượng kiểm sốt để phục vụ mục đích của con người Mọi dạng sự sống trên Trái đất, từ cấu trúc vi sinh vật cho đến động vật và con người, phụ thuộc sử dụng nhiên liệu nguồn cung cấp lượng Các tế bào trong thể sống tham gia trình biến đổi hóa học mà qua lượng thức ăn ánh sáng Mặt trời được chuyển hóa thành dạng lượng trì sống Con người sử dụng nhiều cách thức nhằm biến đổi lượng nhiều hình thức thành dạng phù hợp mục đích sử dụng phục vụ sống trình xã hội Ứng dụng giải phóng lượng từ nhiên liệu đa dạng sống đốt cháy khí tự nhiên để đun nấu, kích nổ xăng dầu để chạy động cơ, biến lượng hạt nhân thành điện năng,… Các dạng nhiên liệu phổ biến dùng là dầu hỏa, xăng dầu, than đá, chất phóng xạ, … Hiện tại, hầu hết quốc gia giới, than đá nguồn nguyên liệu cung cấp điện cho nhu cầu nước Một vấn đề được quan tâm là nguồn lượng hóa thạch này ngày dần khan hiếm và khó có thể tái tạo được đề ực th p tậ ng tổ p hợ Những năm gần đây, dư luận nói đến nhiều nguồn lượng mới, gọi lượng lựa chọn, lượng thay hay lượng xanh Ưu điểm nguồn lượng sạch, có sẵn thiên nhiên, khơng gây ô nhiễm, không bị cạn kiệt giải pháp tốt nhằm tiết kiệm lượng hóa thạch cho tương lai Đẩy mạnh sử dụng cồn nhiên liệu lựa chọn chiến lược bảo vệ an toàn tài nguyên quốc gia phát triển nguồn lượng tái sinh Việc khơng ứng phó với thiếu hụt lượng dầu mỏ giới tương lai, mà cịn bảo vệ, trì nguồn lượng quốc gia bảo vệ mơi trường Để đối phó với khủng hoảng dầu mỏ giới năm 70 giảm bớt phụ thuộc vào việc nhập xăng dầu, Braxin bắt đầu phát triển nhiên liệu cồn để tận dụng triệt để nguồn tài nguyên nông nghiệp quốc gia, đặc biệt ưu mía, họ coi mía nguồn nguyên liệu kế hoạch phát triển cồn nhiên liệu n yê u ch Việt Nam có nhiều tiềm lượng sinh học làm nhiên liệu thay cho xăng dầu có nguồn gốc dầu mỏ Nhiều loại sắn, ngơ, mía, sản xuất cồn sinh học mà Việt Nam lại có nhiều vùng đất thích hợp với loại trồng Sản lượng sắn nước năm 2007 triệu tấn, mía đường 14 triệu ngô gần triệu Với sản lượng đáp ứng cho nhu cầu sản xuất cồn sinh học quy mô vừa nhỏ Ước tính Việt Nam sản xuất triệu lít cồn sinh học năm có điều chỉnh sản lượng diện tích trồng Điều kiện đất đai khí hậu Việt Nam cho phép hình thành vùng nguyên liệu tập trung để phát triển nguồn nhiên liệu sạch này Vì vậy, thực nghiên cứu đề tài “Phân lập đánh giá khả lên men một số chủng nấm men có hoạt lực cao sản xuất cồn từ men tỉnh Lào Cai” đề ực th 1.2.Mục tiêu yêu cầu nghiên cứu 1.2.1Mục tiêu nghiên cứu Từ mẫu thu thập địa bàn tỉnh Cao BằngLào Cai , tiến hành phân lập, tuyển chọn chủng nấm men có hoạt lực cao trình lên men rượu Khảo sát điều kiện mơi trường thích hợp cho chủng nấm men phát triển nhằm cung cấp giống cho trình sản xuất rượu đặc sản quy mô lớn 1.2.2 Yêu cầu nghiên cứu  Phân lập chủng nấm men mẫu men thu thập  Tuyển chọn chủng có lực lên men cao từ chủng phân lập  Khảo sát mơi trường thích hợp cho chủng nấm men phân lập 1.3 Ý nghĩa đề tài 1.3.1 Ý nghĩa khoa học  Sơ đánh giá mẫu men có loại vi sinh vật nào, ý nghĩa chúng bánh men truyền thống, làm sở cho nghiên cứu liên quan p tậ ng tổ p hợ  Biết mẫu men có chủng nấm men chủng có lực lên men tốt 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn  Sau trình nghiên cứu, tuyển chọn chủng nấm men có hoạt lực cao sản xuất cồnrượu  Nắm điều kiện ni cấy thích hợp cho chủng nấm men phát triển Từ đó, tăng sinh chúng để lấy số lượng lớn giống cung cấp cho sản xuất rượu quy mô công nghiệp n yê u ch đề ực th p tậ ng tổ p hợ PHẦN TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Nhiên liệu sinh học 2.1.1 Cồn sinh họcơ [17] yê u ch Cồn sinh học (Bioethanol) loại nhiên liệu lỏng, có sử dụng ethanol như loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì Ethanol chế biến thơng qua trình lên men sản phẩm hữu tinh bột, cellulose, lignocellulose Ethanol pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành Bioethanol thay hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống 2.1.1 Lịch sử hình thành cờn sinh học n đề 2.1.1.1 Lịch sử ực th Ethanol người sử dụng từ thời tiền sử thành phần gây cảm giác say trong đồ uống chứa cồn Các cặn bã khơ bình gốm 9000 năm tuổi tìm thấy miền bắc Trung Quốc đã gián tiếp cho thấy việc sử dụng đồ uống chứa cồn số người sống thời kỳ đồ đá Việc chiết dạng tương đối nguyên chất thực lần nhà giả kim thuậtHồi giáo và họ người phát triển nghệ thuậtchưng cất rượu thời kỳ chế độ khalip (vua chúa Hồi giáo) thời kỳ Abbasid Các ghi chép của Jabir Ibn Hayyan (Geber) (721-815) đề cập tới dễ cháy rượu đun sôi. Al-Kindī (801873) miêu tả rõ ràng trình chưng cất rượu Việc chưng cất êtanol khỏi nước tạo sản phẩm chứa tới 96% êtanol Êtanol nguyên chất lần thu vào năm 1796 bởi Johann Tobias Lowitz, cách lọc êtanol chưng cất qua than củi p tậ ng tổ p hợ Antoine Lavoisier đã mô tả êthanol ethanol hợp chất cacbLCon, hiđrô ôxy, năm 1808,Nicolas-Théodore de Saussure đã xác định cơng thức hóa học Năm 1858,Archibald Scott Couper đã cơng bố cơng thức cấu trúc eêtanol: điều làm cho êethanol trở thành hợp chất hóa học có xác định cấu trúc hóa học Etanol lần tổng hợp nhân tạo vào năm 1826, thông qua cố gắng độc lập Henry Hennel Anh S.G Sérullas Pháp.  Michael Faraday đã điều chế eêtanol phản ứng hyđrat hóa êetylen với xúc tác axít năm 1828, theo cơng nghệ tương tự công nghệ tổng hợp êetanol công nghiệp ngày 2.1.1.2 Sản xuất công nghiệp yê u ch Ethanol sử dụng nguyên liệu công nghiệp thông thường sản xuất từ nguyên liệu, chủ yếu thơng qua phương pháp hyđrat hóa êetylen xúc tác axít, trình bày theo phản ứng hóa học sau Cho etilen hợp nước 300 độ C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác acid wolframic acid phosphoric: n Chất xúc tác thơng thường là axít phốtphoric, được hút bám trong chất có độ xốp cao chẳng hạn như điatomit (đất chứa tảo cát) hay than củi; chất xúc tác lần công ty dầu mỏ Shell sử dụng để sản xuất Etanol mức độ công nghiệp năm 1947 Các chất xúc tác rắn, chủ yếu loại ôxít kim loại khác nhau, đề cập tới sách hóa học đề ực th tậ p Trong công nghệ cũ, lần tiến hành mức độ công nghiệp vào năm 1930 Union Carbide, ngày gần bị loại bỏ Etylen hyđrat hóa gián tiếp phản ứng với axít sulfuric đậm đặc để tạo ra Ethyl sulfat, sau chất đượcthủy phân để tạo thành Etanol tái tạo axít sulfuric: ng tổ hợ p Etanol để sử dụng công nghiệp thông thường không phù hợp với mục đích làm đồ uống cho người ("biến tính") có chứa lượng nhỏ chất độc hại (chẳng hạnmêthanol) hay khó chịu (chẳng hạn denatonium- C21H29N2O•C7H5O2-là chất đắng, gây tê) Ethanol biến tính có số UN là UN 1987 Ethanol biến tính độc hại có số UN 1986 2.1.1.3 Sản xuất sinh học Ethanol để sử dụng đồ uống chứa cồn phần lớn êtanol sử dụng làm nhiên liệu, sản xuất cách lên men: số loài men rượu định (quan trọng Saccharomyces cerevisiae) chuyển hóađường trong điều kiện khơng có ơxy (gọi là yếm khí), chúng sản xuất êtanol và cacbLCon điơxít CO2 Phản ứng hóa học tổng quát viết sau: C6H12O6 → CH3CH2OH + 2 CO2 Q trình ni cấy men rượu theo điều kiện để sản xuất rượu gọi là ủ rượu Men rượu phát triển diện khoảng 20% rượu, nồng độ rượu sản phẩm cuối tăng lên nhờ chưng cất u ch n yê Để sản xuất Etanol từ nguyên liệu chứa tinh bột như hạt ngũ cốc thì tinh bột phải chuyển hóa thành đường Trong việc ủ men bia, theo truyền thống tạo cách cho hạt nảy mầm hay ủ mạch nha Trong q trình nảy mầm, hạt tạo các enzym có chức phá vỡ tinh bột để tạo đường Để sản xuất êtanol làm nhiên liệu, trình thủy phân tinh bột thành glucoza thực nhanh chóng cách xử lý hạt với axít sulfuric loãng, enzym nấmamylas, tổ hợp hai phương pháp đề ực th tậ p Về tiềm năng, glucoza để lên men thành êtanol thu từ xenluloza Việc thực cơng nghệ giúp chuyển hóa loại phế thải phụ phẩm nông nghiệp chứa nhiều xenluloza, chẳng hạn lõi ngô, rơm rạ hay mùn cưa thành nguồn lượng tái sinh Cho đến gần giá thành enzym cellulas có thể thủy phân xenluloza cao Hãng Iogen ở Canada đã đưa vào vận hành xí nghiệp sản xuất Etanol sở xenluloza vào năm 2004 ng tổ p hợ Phản ứng thủy phân cellulose gồm bước Bước 1, thủy phân xenluloza thành mantoza tác dụng men amylaza Bước 2, thủy phân tiếp mantoza thành glucoza hoặc fructoza dưới tác dụng men mantaza Bước 3, phản ứng lên men rượu có xúc tác men zima Với giá dầu mỏ tương tự mức giá năm thập niên 1990 cơng nghệ hyđrat hóa êtylen kinh tế cách đáng kể so với công nghệ lên men để sản xuất êtanol tinh khiết Sự tăng cao giá dầu mỏ thời gian gần đây, với không ổn định giá nông phẩm theo năm làm cho việc dự báo giá thành sản xuất tương đối công nghệ lên men cơng nghệ hóa dầu khó 2.2.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học giới.[19] u ch Theo thông tin EU tháng1/2007 tiêu thụ lượng tồn cầu tăng lên gấp đơi từ 10 tỷ qui dầu/năm tăng lên 22 tỷ qui dầu/năm vào năm 2050 n yê Giáo sư Nghê Duy Đấu, Viện sĩ cơng trình Đại học Thanh Hoa (Bắc Kinh) cho biết theo Bộ Năng lượng Mỹ Uỷ ban lượng giới dự báo nguồn lượng hố thạch khơng cịn nhiều: dầu mỏ cịn 39 năm, khí thiên nhiên 60 năm, than đá111 năm Theo Bộ Năng lượng Mỹ nhu cầu dầu mỏ giới ngày tăng đề ực th p tậ Theo Trung tâm lượng ASEAN nhu cầu tiêu thụ lượng khu vực năm 2002 280 triệu tăng lên 583 triệu vào năm 2020 Indonesia nước có nguồn lương hố thạch lớn nước ASEAN, nhiên dầu mỏ dự trữ họ 25 năm, khí đốt 60 năm than đá 150 năm ng tổ p hợ Trong tháng gần giá dầu giới đạt ngưỡng 70 USD/thùng với nhu cầu tiêu thụ khỏang 82,5triệu thùng/ngày lúc số lượng dầu thừa 1-2 triệu thùng/ngày, theo Uỷ ban quốc gia sách lượng Mỹ  nếu 4% lượng giới bị ngừng trệ thiên tai giá dầu thơ lên đến 160USD/thùng Mặt khác, theo dự báo chun gia tới tơ phương tiện giao thông ưa chuộng mà nhiên liệu cho ô tô xăng dầu diesel Ở Mỹ quảng cáo bán trả góp tơ khơng phải trả lãi năm đầu Hiện tỷ lệ sử dụng ô tô giới 8/1000 người dự báo tăng lên đáng kể thập kỷ tới, điều địi hỏi khối lượng nhiên liệu xăng dầu lớn Ngày giới phụ thuộc nhiều vào dầu mỏ giá dầu biến động liên tục theo chiều tăng cạn kiệt dần nguồn lượng hoá thạch khí đốt nên việc tìm kiếm nguồn lượng thay việc làm có tính sống cịn thập kỷ tới, có lượng sinh học u ch Năng lượng sinh học bao gồm nguồn lượng sản xuất từ nhiều loại sản phẩm nông nghiệp khác thân, cành, vỏ, cây, sản phẩm dư thừa chế biến nông, lâm sản, gỗ củi, phân gia súc, nước thải bã phế thải hửu cơng nghiệp, rác thải….Vì vậy, lượng sinh học nguồn lượng thay tồn tại, tái sinh điều chỉnh  theo ý muốn người n yê Hiện có dạng lượng sinh học chủ yếu ethanol sinh học diesel sinh học Với nguyên liệu tinh bột đường, nhờ trình phân giải vi sinh vật sản xuất ethanol, sau tách nước bổ sung chất phụ gia thành ethanol biến tính, gọi ethanol nhiên liệu biến tính hay cồn nhiên liệu Diesel sinh học nói riêng hay nhiên liệu sinh học nói chung loại lượng tái tạo đề ực th p tậ Mới Hội nghị lượng sinh học Trường đại học Georgia (Mỹ), giáo sư vật lý nghỉ hưu 70 tuổi - lão lão nông – Zimmy Grine giới thiệu loại ethanol nhiên liệu chưng cất từ lúa mì lạc Theo tính tốn nhiệt lượng 1,5 lít ethanol thay lít xăng Nếu pha ethanol với xăng tuỳ theo độ tinh khiết chúng giảm lượng xăng từ 10 đến 15% mà công suất hiệu suất mài mịn động khơng đổi.     ng tổ hợ p Ấn Độ dự kiến số ô tô quốc gia vào năm 2007 10 triệu hàng năm nhu cầu nhập dầu mỏ họ tăng khoảng 10% Năm 2004 tổng số 114 triệu dầu quốc gia có đến 75 % nhập từ nước với số tiền 26 tỷ USD Trong báo cáo năm 2003 Uỷ ban phát triển nhiên liệu sinh học Ấn Độ cho khả sản xuất 29 triệu lít cồn ethanol họ đủ tạo hỗn hợp nhiên liệu 5% cồn kế hoạch lần thứ 12 Braxin sản xuất 14 tỷ lít cồn (tương đương 20 vạn thùng) từ mía Luật pháp nước qui định tất loại xe phải sử dụng xăng pha với 22% cồn ethanol nước có 20% số lượng xe dùmg cồn ethanol Chương trình sản xuất cồn họ tạo việc làm cho triệu người tiết yê u ch kiệm 60 tỷ USD tiền nhập dầu thập kỷ qua Số tiền lớn gấp 10 lần chi cho chương trình gấp 50 lần số tiền trợ cấp ban đầu.Từ sau 1985 sản lượng ethanol nhiên liệu đạt bình quân 10 triệu tấn/năm, thay luỹ kế 200 dầu mỏ Hiện tồn xăng chạy tơ Braxin pha 2025% ethanol sinh học có loại tơ chạy hồn tồn ethanol sinh học Năm 2005 có 70% số ơtơ sử dụng nhiên liệu sinh học Lượng tiêu thụ ethnol sinh học quốc gia đạt 12 triệu năm 2005, thay 45%  lượng tiêu thụ xăng chiểm 1/3 tổng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho loại xe, tạo công ăn việc làm cho 700.000 người Braxin sản xuất lượng ethanol thay 10% nhu cầu xăng dầu giới vòng 20 năm tới với lượng xuất khoảng 200 tỷ lít, so với mức tỷ lít n Ở Trung Quốc tỉnh Hà Nam, An Huy, Cát Lâm, Hắc Long Giang… sản xuất ethanol từ lương thực tồn kho với sản lượng hàng năm đạt 1,02 triệu Hắc Long Giang sản xuất thử ethanol đạt khối lượng 5000 tấn/năm Nước nghiên cứu công nghệ sản xuất ethanol từ xenlulose có sở đạt 600 tấn/năm Theo kế hoach đến 2010 sản lượng nhiên liệu sinh học Trung Quốc khoảng triệu Đến năm 2020 19 triệu tấn, ethanol 10 triệu diesel triệu đề ực th p tậ ng tổ Malaysia hiện có nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với công suất 276.000 /năm Chính phủ nước đặt tiêu sản xuất triệu tấn  dầu diesel sinh học xuất vào năm 2007-2008.  Hiện nay Malaysia đã trồng 10 ngàn Jatropha.   hợ p Thái Lan xây dựng chương trình phát triển lượng thay nguồn nhiên liệu hoá thạch.             Năm 2001, Nhật dùng tế bào Rhizopus oryzae cố định để sản suất diesel sinh học với tỷ lệ chuyển hoá đạt 80% Với cơng nghệ nêu trên  tỷ lệ chuyển hố đạt 95%, cao phương pháp hoá học, giá thành giảm từ 15-20% 2.2.2 Sản xuất nhiên liệu sinh học Việt Nam Gây trồng cung cấp nguyên liệu, sản xuất sử dụng nhiên liệu sinh học vấn đề Việt Nam Vừa qua Bộ Công nghiệp 10 xây dựng đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2020, với  mục tiêu sản xuất xăng E10 dầu sinh học nhằm thay phần nhiên liệu truyền thống Theo đề án, giai đoạn 2006-2010, Việt Nam tiếp cận công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học, xây dựng mạng lưới  thí điểm phân phối nhiên liệu sinh học số tỉnh, thành, quy hoạch vùng trồng nguyên liệu cho suất cao, đào tạo cán chuyên sâu vê kỹ thuật.    n yê u ch Giai đoạn 2011-2015, phát triển mạnh sản xuất sử dụng nhiên liệu sinh học thay phần nhiên liệu truyền thống, mở rộng quy mô sản xuất mạng lưới phân phối phục vụ cho giao thông ngành sản xuất công nghiệp khác, đa dạng hóa nguồn ngun liệu Đến năm 2020, cơng nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học Việt Nam đạt trình độ tiên tiến giới, với sản lượng đạt khoảng tỷ lít xăng E10 500 triệu lít dầu diesel sinh học B10/năm.Theo chuyên gia, xăng E10 xăng pha cồn với hàm lượng cồn tối đa 10%, đáp ứng hoàn toàn hoạt động binh thường ô tô, xe máy đề ực th p tậ Bộ Công nghiệp triển khai cơng nghệ sản xuất loại hố chất, phụ gia cần thiết để pha chế nhiên liệu sinh học với xăng Các đơn vị thuộc Bộ ứng dụng làm chủ công nghệ sản xuất chất phụ gia, chất xúc tác để pha chế xăng với ethanol diesel sinh học diesel khoáng, triển khai sản xuất hoá  chất, phụ gia cung cấp cho sở pha chế Dự kiến năm 2007 làm chủ công nghệ sản xuất với qui mô nhỏ Năm 2011-2015 mở rộng sở sản xuất phụ gia bảo đảm cho nhu cầu trộn xăng E5/E10, dầu B5/B10 ng tổ p hợ 2.2.3 Các lồi nơng, lâm nghiệp cung cấp nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học.      Các loài sau đang  được sử dụng để cung cấp nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học Với ưu diện tích canh tác, Mỹ sử dụng ngô để sản xuất  ethanol