Lựa chọn chủng vi sinh vật cho quá trình thủy phân và lên men
Trang 1Nguyễn Thị Hằng Nga Cao h ọc Môi trường K15
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1 Sinh khối và nhiên liệu sinh học 4
1.1.1 Khái niệm 4
1.1.2 Các dạng nhiên liệu sinh học 4
1.1.3 Những lợi ích khi sử dụng nhiên liệu sinh học 5
1.2 Etanol sinh học 6
1.2.1 Tính chất lý hoá học của etanol 6
1.2.2 Phương pháp sản xuất etanol sinh học 7
1.2.3 Tình hình sản xuất và sử dụng etanol sinh học 17
1.3 Sản xuất nông nghiệp và thực trạng sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam 24
1.3.1 Tình hình sản xuất nông nghiệp 24
1.3.2 Phụ phẩm nông nghiệp và các vấn đề phát thải sau thu hoạch 25
1.3.3 Cây ngô và phụ phẩm từ cây ngô 28
1.4 Vai trò của vi sinh vật trong việc phân giải hợp chất hữu cơ 30
1.4.1 Cellulose và vi sinh vật phân giải cellulose 30
1.4.2 Hemicellulose và vi sinh vật phân giải hemicellulose 32
1.5 Vai trò của vi sinh vật trong quá trình lên men rượu 33
1.5.1 Quá trình lên men rượu 33
1.5.2 Nấm men dùng trong sản xuất rượu etylic 35
1.6 Chưng cất rượu etylic 36
CHƯƠNG 2- ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37
2.1.Đối tượng nghiên cứu 37
2.2 Phương pháp nghiên cứu 37
2.2.1 Các phương pháp hoá lý 37
Trang 2Nguyễn Thị Hằng Nga Cao h ọc Môi trường K15
2.2.2 Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật 37
2.2.3 Phương pháp xử lý sơ bộ 39
2.2.4 Phương pháp thuỷ phân 39
2.2.5 Phương pháp lên men 40
2.2.6 Phương pháp chưng cất 40
CHƯƠNG 3- KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41
3.1 Lựa chọn chủng vi sinh vật cho quá trình thủy phân và lên men 41
3.1.1 Lựa chọn chủng vi sinh vật phân giải hợp chất hydratcacbon 41
3.1.2 Lựa chọn chủng vi sinh vật cho quá trình lên men 43
3.2 Thành phần lý, hóa học của thân cây ngô sau thu hoạch 46
3.3 Nghiên cứu sản xuất etanol từ thân cây ngô 47
3.3.1 Quá trình xử lý sơ bộ 47
3.3.2 Xác định các thông số kỹ thuật trong quá trình thuỷ phân bằng axít 48
3.3.3 Xác định điều kiện thủy phân bằng vi sinh vật 49
3.3.4 Đánh giá khả năng chuyển hóa hợp chất cacbonhyđrat trong thân cây ngô thành đường đơn 51
3.3.5 Hiệu suất của quá trình lên men 55
3.3.6 Hàm lượng etanol trong dịch sau lên men 57
3.4 Đề xuất quy trình sản xuất etanol từ thân cây ngô 58
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO 62
PHỤ LỤC
Trang 3Nguyễn Thị Hằng Nga Cao h ọc Môi trường K15
DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH
Trang
Bảng 1: Thành phần cellulose, hemixellulose và lignin trong SK 8
Bảng 2: Thành phần đường và tro trong các nguyên liệu SK 8
Bảng 3: Các phương pháp xử lý sơ bộ 11
Bảng 4: Tổng sản lượng etanol hàng năm ở một số nước 17
Bảng 5: So sánh một số chỉ tiêu giữa etanol, xăng và ETBE 20
Bảng 6: Sản lượng lý thuyết Etanol sinh ra từ 1 tấn nguyên liệu khô 22
Bảng 7: Diện tích gieo trồng và sản lượng các loại cây trồng năm 2008 24
Bảng 8: Diện tích ngô trồng từ năm 2000 đến năm 2008 28
Bảng 9: Quan hệ áp suất, nhiệt độ và nồng độ rượu 36
Bảng 10: Mật độ tế bào và hoạt tính sinh học CMC của 4 chủng VSV nghiên cứu 41
Bảng 11: Hoạt tính sinh học CMC của chủng xạ khuẩn ACT06 42
Bảng 12: Ảnh hượng của nhiệt độ tới quá trình sinh trưởng và phát triển của chủng ACT 06 (sau 3 ngày nuôi cấy lắc) 43
Bảng 13: Ảnh hưởng của pH tới quá trình sinh trưởng và phát triển chủng ACT06 (sau 3 ngày nuôi cấy lắc) 44
Bảng 14: Thành phần nguyên liệu thân cây ngô sau thu hoạch 47
Bảng 15: Mật độ xạ khuẩn và hàm lượng đường khử theo thời gian 50
Bảng 16: Phần trăm theo khối lượng các hợp chất chính trong nguyên liệu sau các quá trình xử lý sơ bộ và thủy phân 51
Bảng 17: Khả năng chuyển hóa chất trong quá trình xử lý sơ bộ 52
Bảng 18: Khả năng chuyển hóa chất trong quá trình thủy phân bằng axit 53
Bảng 19: Khả năng chuyển hóa chất trong quá trình thủy phân bằng ACT 06 54
Bảng 20: Kết quả theo dõi sự thay đổi pH của dịch lên men 56
Bảng 21: Hiệu suất chuyển hóa đường khử trong quá trình lên men (4 ngày) 57
Bảng 22: Hàm lượng etanol trong dịch sau lên men 57
Hình 1: Quá trình thủy phân để sản xuất đường từ cellulose
Trang 4Nguyễn Thị Hằng Nga Cao h ọc Môi trường K15
đi theo sau là quá trình lên men để sản xuất etanol sinh học 10
Hình 2: Thủy phân bằng axit sunfuric loãng 12
Hình 3: Thủy phân bằng axit sunfuric đặc 13
Hình 4: Sử dụng enzyme để thuỷ phân, thuỷ phân và lên men tách riêng 15
Hình 5: Sử dụng enzyme để thuỷ phân, thuỷ phân và lên men đồng thời 16
Hình 6: Đốt rơm rạ sau thu hoạch tại ruộng 27
Hình 7: Các phụ phẩm cây ngô sau thu hoạch 29
Hình 8: Thành phần nguyên liệu SK 30
Hình 9: Cấu trúc cellulose 30
Hình 10: Đường kính vòng phân giải CMC của chủng ACT06 sau 3 ngày lắc 43
Hình 11: Sự hình thành khí CO2 45
Hình 12: Thân cây ngô sau phơi khô tự nhiên 46
Hình 13: Tác động của thời gian phản ứng đến lượng đường khử ở điều kiện 1210C với H2SO4 0,5% 48
Hình 14: Tác động của nồng độ H2SO4 đến hàm lượng đường khử với thời gian phản ứng là 1 giờ, ở 1210C 49