nghiên cứu sử dụng bã mía trong sản xuất chất béo từ nấm men yarrowia lipolytica po1g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÃ MÍA TRONG SẢN XUẤT CHẤT BÉO TỪ NẤM MEN YARROWIA LIPOLYTICA PO1G CÁN BỘ HƢỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS Hồ Quốc Phong Võ Trƣờng Giang MSSV: 2092127 Ngành: Công Nghệ Hóa Học - Khóa 35 Tháng 5/2013 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Cần Thơ, ngày…tháng…năm 2013 PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHO SINH VIÊN NĂM HỌC: 2012-2013 Họ tên cán hƣớng dẫn: TS Hồ Quốc Phong Tên đề tài: Nghiên cứu khả sử dụng bã mía sản xuất chất béo từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g Địa điểm thực hiện: - Phòng thí nghiệm Công nghệ Hoá học, Khoa Công nghệ, Trƣờng Đại Học Cần Thơ - Phòng thí nghiệm Hóa Kỹ thuật Môi trƣờng, Khoa Môi trƣờng Tài nguyên Thiên nhiên, Trƣờng Đại Học Cần Thơ Sinh viên thực hiện: Võ Trƣờng Giang MSSV: 2092127 Mục đích đề tài : Khảo sát khả sử dụng bã mía trình nuôi cấy Y lipolytica để sản xuất chất béo phục vụ cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học Nội dung Phần I: Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình thủy phân bã mía (nồng độ, tỉ lệ, thời gian, nhiệt độ) Phần II: Nuôi cấy nấm men Yarrowia lipolytica Po1g + Khảo sát ảnh hƣởng thời gian lên phát triển sinh khối nấm men + Khảo sát ảnh hƣởng nguồn carbon đến phát triển nấm men + Khảo sát ảnh hƣởng nguồn nitrogen đến phát triển hàm lƣợng lipid nấm men + Phân tích thành phần acid béo từ lipid thu đƣợc Các yêu cầu hỗ trợ: kinh phí, hoá chất dụng cụ thí nghiệm Kinh phí dự trù thực đề tài (dự trù chi tiết đính kèm): 1.000.000 đồng DUYỆT CỦA BỘ MÔN CÁN BỘ RA ĐỀ TÀI DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI & XÉT TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự - Hạnh phúc Cần Thơ, ngày 09 tháng 05 năm 2013 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN Cán hƣớng dẫn: TS Hồ Quốc Phong Đề tài: Nghiên cứu khả sử dụng bã mía sản xuất chất béo từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g Sinh viên thực hiện: Võ Trƣờng Giang Lớp: Công nghệ hóa học K35 Nội dung nhận xét: a Nhận xét hình thức: b Nhận xét nội dung luận văn (Đề nghị ghi chi tiết đầy đủ) * Các nội dung công việc đạt đƣợc (so với đề cƣơng luận văn): * Những vấn đề hạn chế: c Nhận xét sinh viên thực đề tài: d Kết luận đề nghị: Điểm đánh giá: 10 Cần Thơ, ngày 09 tháng 05 năm 2013 Cán hƣớng dẫn TS HỒ QUỐC PHONG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự - Hạnh phúc Cần Thơ, ngày…tháng…năm 2013 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Cán phản biện: Huỳnh Thu Hạnh Đề tài: Nghiên cứu khả sử dụng bã mía sản xuất chất béo từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g Sinh viên thực hiện: Võ Trƣờng Giang Lớp: Công nghệ hóa học K35 Nội dung nhận xét: a Nhận xét hình thức: b Nhận xét nội dung luận văn (Đề nghị ghi chi tiết đầy đủ) * Các nội dung công việc đạt đƣợc (so với đề cƣơng luận văn): * Những vấn đề hạn chế: c Nhận xét sinh viên thực đề tài: d Kết luận đề nghị: Điểm đánh giá: 9.0 Cần Thơ, ngày 09 tháng 05 năm 2013 Cán phản biện ThS HUỲNH THU HẠNH LỜI CẢM ƠN -- - Trong suốt trình thực luận văn tốt nghiệp, gặp phải không khó khăn Tuy nhiên, với hƣớng dẫn, giúp đỡ quý thầy cô, gia đình, bạn bè với nỗ lực thân, hoàn thành đề tài luận văn Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến TS Hồ Quốc Phong, Phó Trƣởng Bộ môn Công nghệ Hóa học, Khoa Công nghệ, Đại học Cần Thơ Thầy gợi ý hƣớng nghiên cứu cho hội tham gia nghiên cứu khoa học Đồng thời, thầy ngƣời tận tình bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt luận văn Xin chân thành cám ơn TS Huỳnh Liên Hƣơng, Trƣởng PTN Công nghệ Hóa học, Bộ môn Công nghệ hóa học nhiệt tình giúp đỡ kiến thức chuyên môn lẫn thực nghiệm suốt thời gian nghiên cứu Xin cám ơn ThS Nguyễn Thị Vân, Trƣởng PTN Sinh Kỹ thuật môi trƣờng, Khoa Môi trƣờng Tài nguyên thiên nhiên, tận tình hƣớng dẫn, hỗ trợ thiết bị hóa chất vi sinh Để hoàn thành luận văn này, xin gửi lời cám ơn đến tất bạn nhóm nghiên cứu khoa học PTN Công nghệ Hóa học, môn Công nghệ hóa học: sinh viên Nguyễn Thanh Lăm, Ngô Tƣờng Vi, Huỳnh Diệp Hải Đăng, học viên cao học Lê Trang Nguyên Thƣ, Trƣơng Thị Cẩm Tú hỗ trợ suốt trình thực đề tài Đặc biệt giúp đỡ nhiệt tình bạn Lê Nhơn Đức, Đại học Khoa Học Tự Nhiên thành phố Hồ Chí Minh trình tìm tải tạp chí uy tín quốc tế Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè, ngƣời quan tâm giúp đỡ động viên, khuyến khích suốt thời gian qua để hoàn thành luận văn đƣợc tốt Cần Thơ, ngày 17 tháng 04 năm 2013 SV Võ Trƣờng Giang SVTH: Võ Trƣờng Giang ii TÓM TẮT Nghiên cứu nhằm khảo sát khả sử dụng sản phẩm thủy phân bã mía nhƣ nguồn carbon thay cho trình sản xuất chất béo từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g Sau đƣợc xử lí sơ bộ, bã mía đƣợc chuyển hóa thành đƣờng phƣơng pháp thủy phân với H2SO4 loãng nồng độ (1-4%, w/w), nhiệt độ (60-120 °C), thời gian (2-8 giờ) Điều kiện tối ƣu cho trình thủy phân bã mía đƣợc xác định H2SO4 3% 90 oC với tỉ lệ bã mía dung dịch acid 1/20 g/mL Bƣớc đầu trình nuôi cấy nấm men Y lipolytica Po1g cho thấy rằng, so với số môi trƣờng nuôi cấy khác, sản phẩm thủy phân bã mía khử độc kết tăng trƣởng sinh khối cao (khoảng 10.51 g/L) với thời gian nuôi cấy tối ƣu ngày Hàm lƣợng chất béo cao (37.15%) thu đƣợc nấm men đƣợc nuôi cấy môi trƣờng không bổ sung nguồn nitrogen Sự bổ sung peptone không ảnh hƣởng đáng kể đến nồng độ sinh khối nấm men nhƣng làm giảm rõ rệt hàm lƣợng lipid tích lũy (chỉ 26.16%) Kết phân tích sắc ký khí cho thấy lipid trung tính từ sinh khối Y lipolytica Po1g chứa 82% acid béo tự do, 8% monoglyceride, lại diglyceride triglyceride Các acid béo bão hòa không bão hòa đơn có chiều dài mạch carbon từ C16 C18 chiếm 83.19% Chính thế, lipid từ Y lipolytica Po1g sử dụng nhƣ nguyên liệu cho trình tổng hợp biodiesel SVTH: Võ Trƣờng Giang iii ABTRACT This study is to investigate the possibility of utilizing the hydrolysate of sugarcane bagasse as an alternative carbon source for lipid production from Yarrowia lipolytica Po1g After pretreatment, bagasse was converted into sugars by hydrolysis with dilute sulfuric acid at various concentrations (1-4%, w/w), temperature (60-120 °C), and reaction time (2-8 hours) The optimal conditions for bagasse hydrolysis were determined to be 3% sulfuric acid at 90 °C for hours and bagasse loading ratio was 1/20 g/mL Initially, the process of culturing Y lipolytica Po1g showed that, compared with some other media, detoxified sugarcane bagasse hydrolysate results in the highest biomass (about 10.51 g/L) with the optimal incubation time was days Highest lipid content (37.15%) obtained when yeast grown in medium without nitrogen source The addition of peptone did not significantly affect to biomass concentration but reduced lipid accumulation markedly (only 26.16%) The gas chromatography analysis showed that neutral lipid extracted from Y lipolytica Po1g biomass contains over 82% free fatty acid, 8% monoglyceride, the remaining compose of di-, triglyceride and others The saturated fatty acids and monounsaturated with carbon chain lengths from C16 and C18 accounted for 83.19% Therefore, lipid from Y lipolytica Po1g can be used as raw material for biodiesel synthesis SVTH: Võ Trƣờng Giang iv MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ ix DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu CHƢƠNG LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Dầu đơn bào 2.2 Vi sinh vật cho dầu 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Nấm men cho dầu 2.3 Nấm men Yarrowia lipolytica 2.3.1 Giới thiệu 2.3.2 Ứng dụng 11 2.3.3 Tổng hợp tích lũy lipid Y lipolytica 11 2.3.4 Giới thiệu chủng Yarrowia lipolytica Po1g 12 2.4 Sinh khối lignocellulose 13 2.4.1 Cấu trúc lignocellulose 13 2.4.2 Sản xuất SCO từ sinh khối lignocellulose 15 2.5 Bã mía 16 2.5.1 Giới thiệu 16 2.5.2 Thành phần bã mía 18 SVTH: Võ Trƣờng Giang v PHỤ LỤC PHỤ LỤC 4-3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THỐNG KÊ ẢNH HƢỞNG TỈ LỆ BÃ MÍA ĐẾN ĐỘ CHUYỂN HÓA ĐƢỜNG Mean Variance Observations Pooled Variance Hypothesized Mean Difference df t Stat P(T[...]... nuôi cấy Y lipolytica Po1g để sản xuất chất béo phục vụ cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học 1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu Mục tiêu của đề tài này là khảo sát khả năng sử dụng sản phẩm thủy phân bã mía để sản xuất chất béo từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g Qua đó đề xuất nguyên liệu thô rẻ tiền cho quá trình sản chất béo có quy mô công nghiệp Hơn thế nữa, thông qua đề tài này, bã mía đƣợc chứng... trong xây dựng, v.v… Trong khi bã mía là nguồn lignocellulose tiềm năng cho quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học từ vi sinh vật do có hàm lƣợng carbonhydrate cao, hàm lƣợng chất ức chế thấp, và là phế phẩm tại các nhà máy đƣờng Chính vì vậy, đề tài Nghiên cứu sử dụng bã mía trong sản xuất chất béo từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g đƣợc đề xuất nhằm bƣớc đầu đánh giá khả năng ứng dụng bã mía trong. .. trƣờng Nếu dầu diesel sinh học có thể đƣợc sản xuất từ nguyên liệu này sẽ mang lại lợi ích cả về môi trƣờng và kinh tế Chính vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng bã mía trong quá trình nuôi cấy Y lipolytica để sản xuất chất béo phục vụ cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học là rất cần thiết SVTH: Võ Trƣờng Giang 17 Chƣơng 2 LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.5.2 Thành phần của bã mía Bã mía thƣờng chứa khoảng chừng 50% cellulose,... lý tƣởng cho việc nuôi cấy sản xuất chất béo từ vi sinh vật Bã mía là một phụ phẩm nông nghiệp chứa lignocellulose phổ biến ở hầu hết các nƣớc nhiệt đới, trong đó có Việt Nam Theo Tổng cục Thống kê Việt Nam, từ 2005-2007, trung bình mỗi năm nƣớc ta sản xuất hơn 15 triệu tấn mía Chính vì thế lƣợng bã mía thải ra là rất lớn Tuy nhiên trong thời gian qua, các ứng dụng của bã mía chƣa đƣợc khai thác triệt... của Y lipolytica nhƣ tận dụng hiệu quả các chất nền kỵ nƣớc và khả năng tiết ra các chất chuyển hóa và protein, các dự án sử dụng nấm men này trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau tăng lên một cách nhanh chóng chủ yếu tập trung vào quá trình chuyển hóa sinh học trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm Từ giữa những năm 60 đến 80 của thế kỷ 20, Y lipolytica đƣợc sử dụng cho quá trình lên men sản xuất. .. trƣờng bã mía thủy phân 45 Hình 4.19: Sắc ký đồ thể hiện thành phần acid béo cấu trúc nên chất béo trích ly từ nấm men Y lipolytica đƣợc nuôi cấy trong môi trƣờng bã mía thủy phân 46 Sơ đồ Sơ đồ 3.1: Tóm tắt quá trình sản xuất lipid từ Y lipolytica Po1g 28 Sơ đồ 3.2: Quá trình khử độc sản phẩm thủy phân bã mía 29 SVTH: Võ Trƣờng Giang x MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ARA arachidonic... dầu ăn đƣợc Sử dụng mỡ động vật, dầu đã qua sử dụng và dầu từ các loại thực vật không ăn đƣợc có thể làm giảm giá thành của biodiesel Tuy nhiên, nguồn cung cấp các loại dầu này không đáp ứng đủ nhu cầu sản xuất nhiên liệu sinh học (Huang et al., 2013) Để đảm bảo sự phát triển bền vững của biodiesel, các công nghệ khác để sản xuất chất béo đang đƣợc nghiên cứu và phát triển Trong đó, chất béo từ vi sinh... máy, trong đó 2 nhà máy sử dụng mía làm nguyên liệu với tổng công suất 5000 tấn mía/ ngày Mỗi năm, sản lƣợng mía cây là 600000-750000 tấn, tƣơng đƣơng 174000-217500 tấn bã (bã mía chiếm khoảng 29% khối lƣợng mía cây) Hình 2.8: Bã mía- nguồn nguyên liệu lignocellulose tiềm năng Bã mía sau khi ép tách đƣờng còn chứa khoảng 50% ẩm và 1-2% đƣờng Đây là nguồn liệu lignocellulose tiềm năng cho quá trình sản xuất. .. TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 3.1 Phƣơng tiện nghiên cứu 27 3.1.1 Hóa chất 27 3.1.2 Dụng cụ 27 3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 28 3.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu thô và xử lí sơ bộ 28 3.2.2 Thủy phân bã mía bằng acid H2SO4 loãng 29 3.2.3 Khử độc tính của sản phẩm thủy phân bã mía 29 3.2.4 Nuôi cấy sơ bộ nấm men Y lipolytica Po1g 30 3.2.5... khác nhau trong cùng một loài Tùy thuộc vào những vi sinh vật khác nhau và điều kiện nuôi cấy khác nhau mà hàm lƣợng cũng nhƣ thành phần lipid khác nhau (Papanikolaou et al., 2002) 2.2.2 Nấm men cho dầu Khả năng tích lũy chất béo của nấm men đã đƣợc biết đến từ những năm 70 của thế kỷ 20, nhƣng chỉ trong những năm gần đây, các nhóm nghiên cứu mới tập trung vào khai thác SCO từ nấm men để sản xuất biodiesel ... vi nghiên cứu Mục tiêu đề tài khảo sát khả sử dụng sản phẩm thủy phân bã mía để sản xuất chất béo từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g Qua đề xuất nguyên liệu thô rẻ tiền cho trình sản chất béo. .. TÓM TẮT Nghiên cứu nhằm khảo sát khả sử dụng sản phẩm thủy phân bã mía nhƣ nguồn carbon thay cho trình sản xuất chất béo từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g Sau đƣợc xử lí sơ bộ, bã mía đƣợc... xuất chất béo từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g đƣợc đề xuất nhằm bƣớc đầu đánh giá khả ứng dụng bã mía trình nuôi cấy Y lipolytica Po1g để sản xuất chất béo phục vụ cho việc sản xuất nhiên liệu