nghiên cứu điều kiện lên men ethanol từ vỏ trái ca cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN LÊN MEN ETHANOL TỪ VỎ TRÁI CA CAO CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN ThS. Huỳnh Xuân Phong PHẠM THIẾU QUÂN MSSV: 3092434 LỚP: CNSH TT K35 Cần Thơ, 11/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN LÊN MEN ETHANOL TỪ VỎ TRÁI CA CAO CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN ThS. Huỳnh Xuân Phong PHẠM THIẾU QUÂN MSSV: 3092434 LỚP: CNSH TT K35 Cần Thơ, 11/2013 PHẦN KÝ DUYỆT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN Phạm Thiếu Quân DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày tháng năm 2013 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT LỜI CẢM TẠ Luận văn tốt nghiệp đại học cột mốc đánh dấu phát triển mặt kiến thức kỹ sinh viên. Để hoàn thành tốt, sinh viên cần phải vận dụng tất kiến thức hiểu biết tích lũy suốt năm tháng cắp sách đến trường. Chính vậy, vô trân trọng kiến thức tiếp thu năm học Viện NC PT Công nghệ Sinh học-Trường Đại học Cần Thơ. Tôi vô biết ơn xin gửi tình cảm chân thành đến với: Cha mẹ, người dìu dắt định hướng đến với đường nghiên cứu khoa học vô bổ ích này. Thầy, Cô giảng dạy tạo lập tảng kiến thức vững cho suốt năm đại học. Thầy Huỳnh Xuân Phong, cán hướng dẫn thực luận văn Cố vấn học tập lớp tôi. Thầy không giảng dạy lý thuyết mà truyền vốn kinh nghiệm vô quý báu cho để vượt qua nhiều khó khăn trở ngại. Anh Nguyễn Ngọc Thạnh anh Phạm Hồng Quang không tiếc thời gian theo sát trình làm việc. Cuối cùng, xin cảm ơn tất bạn em làm việc phòng thí nghiệm Thực Phẩm bạn làm việc phòng thí nghiệm Sinh hóa, phòng thí nghiệm enzyme phòng thí nghiệm Vi sinh vật đất, người không ngại khó khăn giúp đỡ suốt trình thực luận văn. Cần Thơ, ngày 25 tháng 11 năm 2013 Sinh viên thực Phạm Thiếu Quân Chuyên ngành Công nghệ Sinh học i Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT TÓM LƯỢC Vỏ trái ca cao nguồn phụ phẩm lớn ngành ca cao Việt Nam cần khai thác cách hiệu quả. Với thành phần chứa 40% cellulose, vỏ trái ca cao nguồn nguyên liệu thích hợp cho trình thủy phân để thu dung dịch có chứa glucose, nguồn carbon thích hợp cho trình lên men ethanol. Vì lý đó, nghiên cứu đề xuất nhằm đánh giá khả lên men ethanol từ nguồn dịch thủy phân này. Kết cho thấy trình lên men chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae VVĐ3 đạt kết tốt điều kiện: mật số giống chủng đạt 106 tế bào/mL, nhiệt độ 30oC, 7% glucose ban đầu, pH 5,5; thời gian lên men ngày, nồng độ ethanol thu 5,14% v/v hiệu suất tiêu thụ glucose đạt 97,6%. Điều cho thấy tiềm việc sản xuất ethanol sinh học từ nguồn phế phẩm nông nghiệp vỏ trái ca cao. Từ khóa: cellulose, ethanol, lên men, thủy phân, vỏ trái ca cao Chuyên ngành Công nghệ Sinh học ii Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT MỤC LỤC Trang KÝ TÊN HỘI ĐỒNG LỜI CẢM TẠ i TÓM LƯỢC . ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC BẢNG . vi DANH MỤC HÌNH . vii CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU . 1.1. Đặt vấn đề 1.2. Mục tiêu đề tài . CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU . 2.1. Giới thiệu lịch sử ca cao 2.2. Giới thiệu chung bioethanol nghiên cứu liên quan . 2.3. Tổng quan trình thủy phân vật liệu cellulose acid loãng 2.4. Giới thiệu nấm men Saccharomyces cerevisiae . 2.5. Cơ chế trình lên men ethanol . 2.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men 12 2.7. Một số nghiên cứu liên quan . 12 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 16 3.1. Phương tiện nghiên cứu 16 3.1.1. Địa điểm thời gian thực 16 3.1.2. Nguyên vật liệu . 16 3.1.3. Hóa chất . 16 3.1.4. Dụng cụ thiết bị 16 3.2. Phương pháp nghiên cứu 16 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học iii Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 3.2.1. Quy trình thực 16 3.2.2. Chuẩn bị nguyên liệu . 17 3.2.3. Chuẩn bị hóa chất 18 3.2.4. Chuẩn bị chủng nấm men 18 3.2.5. Chuẩn bị giá thể lên men . 19 3.3. Nội dung nghiên cứu . 19 3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng loại nấm men mật số giống chủng đến trình lên men ethanol 19 3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ glucose ban đầu pH ban đầu đến trình lên men ethanol . 20 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến trình lên men ethanol 21 3.3.4. Thử nghiệm sản xuất . 22 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 23 4.1. Ảnh hưởng loại nấm men mật số giống chủng đến trình lên men ethanol 23 4.2. Ảnh hưởng nồng độ glucose ban đầu pH ban đầu đến trình lên men ethanol 25 4.3. Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến trình lên men ethanol 28 4.4. Thử nghiệm sản xuất 30 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ . 32 5.1. Kết luận 32 5.2. Đề nghị 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 33 PHỤ LỤC . PL-1 Phụ lục 1: Các hình ảnh thí nghiệm . PL-1 Phụ lục 2: Các phương pháp phân tích PL-3 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học iv Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT Phụ lục 3: Kết PL-8 Phụ lục 4: Kết thống kê PL-11 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học v Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1. Thành phần chất vỏ ca cao tính phần trăm khối lượng khô Bảng 2. Các thành phần bổ sung cho dịch lên men . 19 Bảng 3. Ảnh hưởng loại nấm men đến trình lên men ethanol . 23 Bảng 4. Ảnh hưởng mật số giống chủng đến trình lên men ethanol 23 Bảng 5. Ảnh hưởng loại nấm men mật số giống chủng đến trình lên men ethanol . 24 Bảng 6. Ảnh hưởng nồng độ glucose ban đầu đến hàm lượng ethanol sinh 26 Bảng 4. Ảnh hưởng pH ban đầu đến hàm lượng ethanol sinh 27 Bảng 5. Ảnh hưởng tương tác nồng độ glucose pH ban đầu đến trình lên men ethanol 27 Bảng 9. Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình lên men ethanol 28 Bảng 10. Ảnh hưởng thời gian đến trình lên men ethanol . 28 Bảng 11. Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến trình lên men ethanol 29 Bảng 12. Lượng ethanol sinh hiệu suất tiêu thụ glucose lên men với thể tích 200, 500 1000 mL 30 Bảng PL1. Các bước lập đường chuẩn DNS . PL-3 Bảng PL2. Các bước lập đường chuẩn dichromate . PL-4 Bảng PL3. Ảnh hưởng loại nấm men mật số giống chủng đến trình lên men ethanol PL-8 Bảng PL4. Ảnh hưởng nồng độ glucose pH ban đầu đến trình lên men ethanol PL-8 Bảng PL5. Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến trình lên men ethanol . PL-9 Bảng PL6. Lượng ethanol sinh lên men với thể tích 200, 500 1000 mL . PL-10 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học vi Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1. Cây trái ca cao thuộc giống Forastero . Hình 2. Tế bào nấm men quan sát kính hiển vi . Hình 3. Cơ chế phân hủy đường tế bào nấm men 11 Hình 4. Biểu đồ đáp ứng bề mặt glucose sinh điều kiện nồng độ acid thời gian khác 15 Hình 5. Sơ đồ quy trình nghiên cứu 17 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học vii Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT Bảng PL6. Lượng ethanol sinh lên men với thể tích 200, 500 1000 mL Nhân tố Chỉ tiêu theo dõi STT Thể tích lên men (mL) Thời gian (ngày) Ethanol sinh (% v/v) 20oC Glucose lại (% w/v) 200 200 200 500 500 500 1000 1000 1000 11 11 11 5,11 b 5,03 b 5,05 b 4,45 c 5,25 a 5,24 a 4,06 d 5,31 a 5,25 a 17,69 c 16,18 de 16,12 de 22,14 b 17,06 cd 14,27 f 28,18 a 17,22 cd 15,05 ef Hiệu suất tiêu thụ glucose (%) 97,47 d 97,69 bc 97,70 bc 96,84 e 97,56 cd 97,96 a 95,97 f 97,54 cd 97,85 ab Ghi chú: Xét theo tiêu: giá trị có chữ thể khác biệt ý nghĩa thống kê mức 5%. Chuyên ngành Công nghệ Sinh học PL-10 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT Phụ lục 4: Kết thống kê 1. Ảnh hưởng loại nấm men mật số giống chủng đến nồng độ ethanol tạo thành 1.1. Phân tích phương sai LSD ethanol sinh theo loại nấm men mật số giống chủng Chuyên ngành Công nghệ Sinh học PL-11 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 1.2. Phân tích phương sai LSD glucose lại sau lên men theo loại nấm men mật số giống chủng Chuyên ngành Công nghệ Sinh học PL-12 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 1.3. Phân tích phương sai LSD hiệu suất tiêu thụ glucose theo loại nấm men mật số giống chủng Chuyên ngành Công nghệ Sinh học PL-13 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học Trường ĐHCT PL-14 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 2. Ảnh hưởng nồng độ glucose ban đầu pH ban đầu đến trình lên men ethanol 2.1. Phân tích phương sai LSD ethanol sinh theo nồng độ glucose pH ban đầu Chuyên ngành Công nghệ Sinh học PL-15 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 2.2. Phân tích phương sai LSD pH sau lên men theo nồng độ glucose pH ban đầu Chuyên ngành Công nghệ Sinh học PL-16 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 2.3. Phân tích phương sai LSD glucose lại sau lên men theo nồng độ glucose pH ban đầu Chuyên ngành Công nghệ Sinh học PL-17 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 2.4. Phân tích phương sai LSD hiệu suất tiêu thụ glucose theo nồng độ glucose pH ban đầu Chuyên ngành Công nghệ Sinh học PL-18 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học Trường ĐHCT PL-19 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 3. Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến trình lên men ethanol 3.1. Phân tích phương sai LSD ethanol sinh theo nhiệt độ thời gian Chuyên ngành Công nghệ Sinh học PL-20 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 3.2. Phân tích phương sai LSD glucose lại sau lên men theo nhiệt độ thời gian Chuyên ngành Công nghệ Sinh học PL-21 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 3.3. Phân tích phương sai LSD hiệu suất tiêu thụ glucose theo nhiệt độ thời gian Chuyên ngành Công nghệ Sinh học PL-22 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 4. Thử nghiệm sản xuất đánh giá hiệu kinh tế 4.1. Phân tích phương sai LSD ethanol sinh theo thể tích thời gian lên men Chuyên ngành Công nghệ Sinh học PL-23 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 4.2. Phân tích phương sai LSD nồng độ glucose lại theo thể tích thời gian lên men 4.3. Phân tích phương sai LSD hiệu suất tiêu thụ glucose theo thể tích thời gian lên men Chuyên ngành Công nghệ Sinh học PL-24 Viện NC PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học Trường ĐHCT PL-25 Viện NC PT Công nghệ Sinh học [...]... ca cao Vỏ ca cao là thành phần bao bọc hạt ca cao trong toàn bộ trái ca cao sau thu hoạch, và đó được coi là thành phần bỏ đi của toàn bộ quá trình thu hoạch và chế biến hạt ca cao (Owusu, 1972) Để đánh giá được tiềm năng xử lý vỏ ca cao, thành phần hóa học của vỏ đã được phân tích, trong đó hàm lượng chất xơ và carbohydrate chiếm đa số (Bảng 1) (Oyenuga, 1959) Bảng 1 Thành phần các chất trong vỏ ca. .. (www.indexmundi.com) Hình 1 Cây và trái ca cao thuộc giống Forastero Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 4 Viện NC và PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 2.1.2 Vỏ trái ca cao Tây Nguyên là khu vực dồi dào về nguồn phụ phẩm nông nghiệp, trong đó có vỏ trái ca cao Sau khi thu hoạch lấy hạt, từ trái ca cao loại ra một khối lượng vỏ rất lớn (khoảng 75% khối lượng trái) Đây là một nguồn... khổng lồ Ca cao đã lan truyền khắp Châu Âu, việc uống bột ca cao thành một trào lưu ở Pháp, dưới thời vua Louis 14 và 15 thức uống ca cao rất được ưa chuộng tại Versailles Và rồi ca cao đã tới Anh, cũng giống như ở Pháp, nó nhanh chóng chinh phục nước Anh Kể từ khi quán bán thức uống ca cao đầu tiên được khai trương năm 1657, tới đầu thế kỷ 18 những nhà máy sản xuất thức uống ca cao và chocalate đầu... sát của nhóm nghiên cứu, hiện nước ta vẫn chưa có đề tài nào hướng đến việc xử lý vỏ trái ca cao thành ethanol Do những vấn đề nêu trên, nên đây là một loại nguyên liệu có tiềm năng rất lớn trong việc sản xuất ethanol ở Việt Nam Nghiên cứu này được đặt ra nhằm mục đích tận dụng lượng carbohydrate dồi dào đó với mong muốn sản xuất thành công ethanol từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền là vỏ trái ca cao Chuyên... của nấm men 2.5 Cơ chế của quá trình lên men ethanol Lên men là một quá trình trao đổi chất dưới tác dụng của các enzyme tương ứng gọi là chất xúc tác sinh học Tùy theo sản phẩm tích tụ sau quá trình lên men mà người ta chia làm nhiều kiểu lên men khác nhau Tuy nhiên có hai hình thức lên men chính là lên men yếm khí và lên men hiếu khí Lên men rượu là quá trình lên men yếm khí với Chuyên ngành Công nghệ... Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 35TT - 2013 Trường ĐHCT 1.2 Mục tiêu đề tài Khảo sát các điều kiện lên men ethanol từ dịch thủy phân vỏ trái ca cao Nội dung nghiên cứu Tuyển chọn chủng vi sinh vật lên men và mật số giống chủng thích hợp Xác định nồng độ glucose và pH ban đầu Xác định nhiệt độ và thời gian lên men Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 2 Viện NC và PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp... tin rằng cây ca cao là của Thượng Đế và hạt ca cao là ân sủng của chúa cho con người Người Mayan là những người đầu tiên trên trái đất này sử dụng ca cao làm thực phẩm, họ đã làm đồ uống với những hạt ca cao được nướng lên, nghiền nhuyễn và pha với bột ngô nhằm tạo độ sánh khi uống, tuy nhiên khi ấy cách thức chế biến rất đơn giản Colombus có thể là người Châu Âu đầu tiên biết đến ca cao nhưng khi... hiện nay, có rất ít công trình nghiên cứu sản xuất ethanol từ vỏ ca cao Nguồn nguyên liệu được hướng đến nhiều hơn vẫn là bã mía và các loại nông sản (Brazil đã sản xuất thành công bioethanol từ bã mía, do đó tận dụng được nguồn phế phẩm khổng lồ từ ngành công nghiệp sản xuất mía đường của nước này) (Classen, 1999) Nghiên cứu “Sản xuất ethanol từ lõi bắp và các loại vỏ đậu” (Akpan và Kovo, 2009) dựa... KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu về lịch sử của cây ca cao Hơn 2000 năm trước, cây ca cao đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của những người dân vùng Châu Mỹ Latinh Người Mayan và Aztec đã trồng cây ca cao từ rất lâu trước khi những nhà thám hiểm Châu Âu tìm tới lục địa này Theo như nhiều nhà nghiên cứu thì cây ca cao có thể bắt nguồn từ những cánh rừng mưa Amazon thung lũng Orinoco... trình lên men của tế bào nấm men Để lên men, người ta cho vào môi trường một lượng tế bào nấm men nhất định Thông thường, khi lên men, lượng nấm men phải lớn hơn 10 triệu tế bào/1 mL dung dịch lên men Đường lên men và các chất dinh dưỡng khác được hấp thụ trên bề mặt nấm men, sau đó khuếch tán qua màng vào bên trong, tạo ra rượu và CO2 Rượu etylic tạo thành khuyếch tán ra bên ngoài qua màng tế bào nấm men . giống chủng đạt 10 6 tế bào/mL, nhiệt độ 30 o C, 7% glucose ban đầu, pH 5,5; thời gian lên men 7 ngày, nồng độ ethanol thu được là 5,14% v/v và hiệu suất tiêu thụ glucose đạt 97, 6%. Điều này. ethanol sinh ra 27 Bảng 5. Ảnh hưởng tương tác giữa nồng độ glucose và pH ban đầu đến quá trình lên men ethanol 27 Bảng 9. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lên men ethanol 28 Bảng 10. Ảnh hưởng. Protein thật 5,60 Ether extract 1 ,10 Đường bột 48 ,71 Xơ tổng 30,25 Tro tổng 13,43 Năng lượng (kcal/g) 3,1 (Nguồn: Bateman và Fresnille, 19 67) 2.2. Giới thiệu chung về bioethanol