Luận án Tiến sĩ Hóa học Nghiên cứu chuyển hóa rong biển, phế thải nông nghiệp chứa carbohydrate thành ethanol sử dụng xúc tác sinh học

Header Page of 146 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, 2015 i Footer Page of 146 Header Page of 146 LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu hoàn thành luận án này, nhận nhiều giúp đỡ quý báu thầy cô giáo, nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực đồng nghiệp bạn bè Đầu tiên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Ngô Quốc Anh PGS.TS Đỗ Quang Kháng tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hóa Học, Phòng Quản lý Tổng hợp, anh chị em phòng Công nghệ Vật liệu Môi trường – Viện Hóa Học đồng nghiệp Viện tạo điều kiện thuận lợi giúp thực luận án hoàn thành thủ tục cần thiết Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè quan tâm, động viên giúp đỡ suốt trình học tập hoàn thành luận án Hà Nội, ngày tháng Tác giả Luận án ii Footer Page of 146 năm 2015 Header Page of 146 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU Chương 1- TỔNG QUAN 1.1 VAI TRÒ VÀ TIỀM NĂNG CỦA ETHANOL SINH HỌC 1.1.1 Vai trò ethanol sinh học 1.1.2 Tiềm sản xuất ethanol sinh học 1.1.3 Sản xuất sử dụng nhiên liệu sinh học 1.1.4 Các nguyên liệu thường dùng để sản xuất ethanol ngày .6 1.1.5 Lên men sản xuất ethanol 10 1.2 RONG BIỂN 12 1.2.1 Giới thiệu chung .12 1.2.2 Hình thái - Phân loại loài rong biển Việt Nam .12 1.2.3 Phân bố, khai thác sản xuất rong biển 14 1.2.4 Tổng quan rong nâu .16 1.3 PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP: RƠM, RẠ Ở VIỆT NAM .23 1.3.1 Phế thải nông nghiệp 23 1.3.2 Thành phần hóa học phế thải nông nghiệp 23 1.4 VI SINH VẬT TRONG XÚC TÁC QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN .29 1.4.1 Vi sinh vật 29 1.4.2 Xúc tác sinh học trình thủy phân .31 1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC THUỘC LĨNH VỰC CỦA LUẬN ÁN 39 1.5.1 Tình hình nghiên cứu nước 39 1.5.2 Các nghiên cứu nước 43 Chương - NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 47 iii Footer Page of 146 Header Page of 146 2.1.1 Các nguyên vật liệu chứa cellulose 47 2.1.2 Các chủng vi sinh .48 2.1.3 Hóa chất 50 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 51 2.2.1 Phương pháp hypoclorit tách cellulose từ rơm rạ 51 2.2.2 Phương pháp xác định độ ẩm rong biển khô .52 2.2.3 Xác định protein tổng số phương pháp Kieldahl .52 2.2.4 Phương pháp xác định hàm lượng tro 53 2.2.5 Xác định hàm lượng lipid tổng số phương pháp Folch 54 2.2.6 Phương pháp định lượng đường khử theo phương pháp acid dinitrosalicylic (DNS) 55 2.2.7 Phương pháp tiền xử lý phế thải rong nâu .57 2.2.8 Phương pháp xử lí số liệu 60 2.3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU 61 2.3.1 Quy trình thủy phân carbohydrate rong nâu phế thải nông nghiệp 61 2.3.2 Quy trình dự kiến lên men dịch đường tạo ethanol sinh học 64 2.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến trình thủy phân carbohydrate rong nâu .65 2.3.4 Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến trình lên men tạo ethanol 70 Chương 3- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 75 3.1 Nghiên cứu chuẩn bị nguyên vật liệu sản xuất nhiên liệu sinh học 75 3.1.1 Xác định hàm lượng carbohydrate rong nâu thu Nha Trang Hải Phòng 75 3.1.2 Xác định hàm lượng cellulose tách từ rơm rạ 76 3.1.3 Nghiên cứu thu nhận xúc tác sinh học cho sản xuất bioethanol 78 3.2 Nghiên cứu trình thủy phân carbohydrate từ nguồn nguyên liệu thành saccharide hòa tan .81 3.2.1 Thủy phân carbohydrate rong nâu 81 3.2.2 Nghiên cứu thủy phân cellulose tách chiết từ rơm rạ .91 3.2.3 Đánh giá chung trình thủy phân chuyển hóa carbohydrate rong biển, phế thải nông nghiệp thành đường 106 iv Footer Page of 146 Header Page of 146 3.3 Nghiên cứu trình lên men sản phẩm trung gian hòa tan 108 3.3.1 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men rong nâu phế thải nông nghiệp .110 3.3.2 Nghiên cứu lên men sản phẩm trung gian glucose từ trình thủy phân rơm rạ chủng Saccharomyces cerevisiae V7028 .116 3.4 Chuyển hóa phế thải rong nâu thành ethanol sử dụng xúc tác sinh học kết hợp với acid 118 3.4.1 Hàm lượng cellulose có phế thải rong nâu sau trình tách alginate 118 3.4.2 Hiệu trình thủy phân lên men .119 Nhận xét 120 KẾT LUẬN 126 CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 PHỤ LỤC v Footer Page of 146 Header Page Đỗ ofTrung 146 Sỹ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Diễn giải ADP Adenosin diphosphate ATP Adenosin triphosphate BGL Glucosidase BHT Butylated hydroxy toluen CBH Cellobiohydrolase DNS Acid dinitrosalicylic EG Endoglucanase FAO Food and Agriculture Organization HPLC High performance liquid chromatography 10 IR Infrared spectroscopy 11 IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry 12 NADH Nicotinamide adenine dinucleotide 13 OD Optical density 14 PVA Polyvinyl alcohol 15 SHF Separate hydrolysis and fermentation 16 SPSS Statistical Package for the Social Sciences 17 SSF Simultaneous saccharification and fermentation 18 UV – VIS Ultraviolet–visible spectroscopy iv Footer Page of 146 Header Page Đỗ ofTrung 146 Sỹ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất hoá lý quan trọng số nhiên liệu Bảng 1.2 Sản lượng ethanol giới .6 Bảng 1.3 Một số dự án sản xuất ethanol Việt Nam Bảng 1.4 Các dạng carbohydrate ngành rong biển .14 Bảng 1.5 Thành phần hóa học phế thải nông nghiệp (%) 23 Bảng 1.6 Cellulose tinh khiết nguyên liệu 24 Bảng 1.7 Vi sinh vật phân huỷ lignocellulose 31 Bảng 2.1 Các loài rong nâu thu hái để nghiên cứu 48 Bảng 2.2 Các chủng vi sinh vật để thủy phân cellulose .49 Bảng 2.3 Các chủng vi sinh vật cho lên men ethanol 49 Bảng 2.4 Các hóa chất sử dụng luận án .50 Bảng 2.5 Mật độ quang dãy dung dịch chuẩn glucose theo phương pháp DNS .57 Bảng 3.1 Kết xác định thành phần sinh hóa loài rong nâu 75 Bảng 3.2 Kết xác định hàm lượng đường khử tạo thành trình thủy phân rong nâu lượng enzyme Cellic HTech2 khác .81 Bảng 3.3 Kết xác định hàm lượng đường khử tạo thành trình thủy phân rong nâu enzyme Cellic HTech2 giá trị pH khác .83 Bảng 3.4 Kết xác định hàm lượng đường khử tạo thành trình thủy phân rong nâu enzyme Cellic HTech2 nhiệt độ khác .85 Bảng 3.5 Kết xác định hàm lượng đường khử tạo thành thời điểm khác trình thủy phân rong nâu enzyme Cellic HTech2 87 Bảng 3.6 Kết xác định hàm lượng đường khử dịch thủy phân rong nâu qua xử lí acid kết hợp với enzyme Cellic HTech2 89 v Footer Page of 146 Header Page Đỗ ofTrung 146 Sỹ Bảng 3.7 Kết xác định hàm lượng cellulose glucose thời điểm khác trình thủy phân cellulose dịch lên men chủng vi khuẩn C32 92 Bảng 3.8 Kết xác định hàm lượng cellulose glucose thời điểm khác trình thủy phân cellulose dịch lên men chủng vi khuẩn C36 92 Bảng 3.9 Kết xác định hàm lượng cellulose glucose thời điểm khác trình thủy phân cellulose dịch lên men chủng vi khuẩn Hud 4-1 93 Bảng 3.10 Kết xác định hàm lượng cellulose glucose thời điểm khác trình thủy phân cellulose dịch lên men chủng xạ khuẩn 7P 93 Bảng 3.11 Kết xác định hàm lượng cellulose glucose thời điểm khác trình thủy phân cellulose dịch lên men chủng nấm A terreus 93 Bảng 3.12 Sự tạo thành glucose trình thủy phân cellulose số chủng vi sinh Việt Nam 94 Bảng 3.13 Hiệu suất thủy phân cellulose chủng vi sinh 95 Bảng 3.14 Kết xác định hàm lượng đường khử tạo thành trình thủy phân cellulose dịch enzyme nấm Aspergillus terreus thời điểm khác giá trị pH khác 99 Bảng 3.15 Kết xác định hàm lượng đường khử tạo thành trình thủy phân cellulose enzyme nấm Aspergillus terreus nhiệt độ khác .100 Bảng 3.16 Ảnh hưởng lượng cellulose enzyme ban đầu tới lượng glucose thu 101 Bảng 3.17 Ma trận kế hoạch thực nghiệm kết 101 Bảng 3.18 Xác địnhh giá trị tối ưu cho hàm lượng glucose nhận .104 vi Footer Page of 146 Header Page Đỗ ofTrung 146 Sỹ Bảng 3.19 Kết xác định hàm lượng đường khử trước sau thay đổi tỷ lệ nấm men trình lên men chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae V7028 .110 Bảng 3.20 Kết xác định hàm lượng đường khử trước sau lên men nấm Saccharomyces cerevisiae V7028 giá trị pH khác .113 Bảng 3.21 Kết xác định hàm lượng đường khử trước sau lên men nấm Saccharomyces cerevisiae V7028 thời điểm khác .115 Bảng 3.22 Các thông số động học trình lên men ethanol chủng Saccharomyces cerevisiae V7028 .117 Bảng 3.23 Ảnh hưởng nồng độ acid loãng tới hàm lượng khử tạo thành trình thủy phân 119 vii Footer Page of 146 Header Page Đỗ 10 of 146 Sỹ Trung DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Công thức Haworth hai gốc polymer phân tử acid alginic 19 Hình 1.2 Công thức cấu tạo alginate 19 Hình 1.3 Cấu trúc alginate .20 Hình 1.4 Cấu trúc hóa học loại fucoidan chiết tách từ rong nâu 21 Hình 1.5 Cấu trúc phân đoạn fucoidan 21 Hình 1.6 Cấu trúc phân tử cellulose hemicellulose 25 Hình 1.7 Cấu trúc không đồng phân tử cellulose 26 Hình 1.8 Cấu trúc lignin .28 Hình 1.9 Đường cong sinh trưởng vi sinh vật nuôi cấy gián đoạn .29 Hình 1.10 Cơ chế thủy phân cellulose 36 Hình 1.11 Sơ đồ thủy phân cellulose hệ enzyme cellulase 36 Hình 1.12 Cơ chế thủy phân glycoside enzyme -glucosidase .37 Hình 1.13 Sơ đồ thiết bị thủy phân phương pháp acid Brazil , 39 Hình 2.1 Các mẫu rong nghiên cứu 47 Hình 2.2 Phế thải nông nghiệp (rơm, rạ) trước sau xử lý học 48 Hình 2.3 Phương pháp Hypoclorit tách cellulose từ rơm rạ 51 Hình 2.4 Đường chuẩn tương quan nồng độ glucose độ hấp thụ 57 Hình 2.5 Sơ đồ thí nghiệm kết hợp thủy phân acid enzyme 60 Hình 2.6 Sơ đồ trình thủy phân carbohydrate rong nâu .61 Hình 2.7 Sơ đồ trình thuỷ phân carbohydrate phế thải nông nghiệp 63 Hình 2.8 Quy trình dự kiến sản xuất ethanol 64 Hình 2.9 Sơ đồ thí nghiệm xác định yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân .66 Hình 2.10 Sơ đồ thí nghiệm kết hợp thủy phân acid enzyme 70 viii Footer Page 10 of 146 Header Page 141 of 146 in Aspergillus terrius af 67 hydrolysate of cellulose from Vietnamese seaweed Hội nghị Toàn quốc Đa dạng sinh học Phát triển bền vững Hải phòng 2014 8- Đỗ Trung Sỹ, Hoàng Thị Bích, Đỗ Quang Kháng, Ngô Quốc Anh Nghiên cứu phương pháp thủy phân phế thải rong nâu sử dụng kết hợp acid enzyme Hội thảo 40 năm thành Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam 2015 Tạp chí hóa học (đã nhận đăng), 2015 Footer Page 141 of 146 129 Header Page 142 of 146 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bùi Minh Lý, Thành Thị Thu Thủy, Trần Thị Thanh Vân, Bilan M.I Usov A.I (2012), Nghiên cứu cấu trúc Fucoidan tách chiết từ tảo nâu Sargassum Polycystumn, Tạp chí Hóa học, T 50 (4A), tr 215 – 218 Cao Thị Thúy Hằng, Bùi Minh Lý, Huỳnh Hoàng Như Khánh, Phan Thị Hoài Trinh Nguyễn Duy Nhứt (2009), Phân lập sàng lọc vi sinh vật biển phân cắt fuicodan từ rong nâu, Hội nghị khoa học toàn quốc sinh học biển phát triển bền vững, tr 640-644 Đàm Văn Tiến (2003), Thành phần loài phân bố rong biến miền Bắc Việt Nam, Hội thảo khoa học Đề tài hợp tác Việt Nam-Italia “Bảo tồn đa dạng sinh học dải ven biển Việt Nam” Đặng Ngọc Thanh (chủ biên) nhiều tác giả (2003), Biển Đông Sinh vật sinh thải Biển, Tập IV, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội Hoàng Minh Nam, (2009), “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thiết bị liên tục xử lý rơm xạ nước để lên men ethanol”, Báo cáo đề tài cấp Bộ, Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Lâm Ngọc Trâm, Đỗ Tuyết Nga, Nguyễn Phi Đính, Phạm Quốc Long Ngô Đăng Nghĩa (1999), Các hợp chất tự nhiên sinh vật biển Việt Nam, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Lê Như Hậu công sự, (2000), Đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp khai thác hợp lý bền vững cho rong nguyên liệu sản xuất ethanol ven biển Nha Trang” Lê Như Hậu cộng sự, (2010), “Tiềm rong biển làm nguyên liệu sản xuất ethanol nhiên liệu Việt Nam”, Báo cáo hội nghị Khoa học kỷ niệm 35 năm Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam – Hà Nội Lương Đức Phẩm, (2006), Nấm men công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật 10 Ngô Đăng Nghĩa (1999), Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình công nghệ sản xuất alginate từ rong mơ Việt Nam ứng dụng vào số lĩnh vực sản xuất, Luận án tiến sĩ, Đại học Thủy Sản Nha Trang Footer Page 142 of 146 130 Header Page 143 of 146 11 Nguyễn Duy Nhứt (2008), Nghiên cứu thành phần hóa học hoạt tính sinh học polysacharide từ sổ loài rong nâu tỉnh Khánh Hòa, Luận án tiến sĩ Hóa học 12 Nguyễn Duy Nhứt, Bùi Minh Lý, Nguyễn Mạnh Cường, Trần Văn Sung (2007), Phân lập đặc điếm fucoidan từ loài rong mơ Miền Trung, Tạp chí Hóa học, số 3, tập 45, tr 339-345 13 Nguyễn Duy Nhứt, Bùi Minh Lý, Nguyễn Mạnh Cường, Trần Văn Sung (2008), Fucoidan từ rong nâu Sargassum swartzii: phương pháp tách, hoạt tính gây độc tế bào ung thư nghiên cứu cấu trúc, Tạp chí Hóa học, số 1, tập 46, tr 52-56 14 Nguyễn Duy Nhứt, Bùi Minh Lý, Thành Thị Thu Thủy, Nguyễn Mạnh Cường, Trân Văn Sung (2009), Nghiên cứu cấu trúc fucoidan có hoạt tính gây độc tế bào tách từ rong nâu Sargassum swartzii phương pháp phổ khối nhiều lần, Tạp chí Hóa học, số 3, tập 47, tr 300-307 15 Nguyễn Hữu Dinh, Huỳnh Quang Năng, Trần Ngọc Bút Nguyễn Văn Tiến (1993), Rong biển Việt Nam phần phía Bắc, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 16 Nguyễn Kim Đức (1991), Biến động hàm lượng acid alginic chất lượng natri alginate loài rong mơ (Sargassum) vùng biển Hòn Chồng-Nha Trang, Tuyển tập Nghiên cứu biển, Viện Nghiên cứu biển, Tập VII, tr 208-216 17 Thành Thị Thu Thủy, Trần Thị Thanh Thủy, Trần Thị Thanh Vân, Nguyễn Tiến Tài, Đặng Vũ Lương, Chu Đình Kính (2012), Isolation and structure of alginate extracted from brown seaweed Sargassum swartzii collected at Nha Trang, Hội nghị khoa học công nghệ biển toàn quốc lần thứ 18 Trần Đình Toại, Châu Văn Minh (2004), Tiềm rong biển Việt Nam, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 19 Trần Đình Toại, Nguyễn Thị Vân Hải (2005), Động học trình xúc tác sinh học, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 20 Trần Đình Toại, Nguyễn Văn Năm (2007), Fucoidan - polysaccharide chiết từ rong nâu, sản phẩm có hoạt tính sinh học cao, ứng dụng y học nuôi trồng thủy sản, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Tập 45, số 1, tr 39-46 Footer Page 143 of 146 131 Header Page 144 of 146 21 Trần Thị Luyến Ngô Đăng Nghĩa (1999), Nghiên cứu sản xuất natri algỉnate theo phương pháp xử lý CaCl2 0,1%, Tập san KHCN - Trường Đại học Thủy sản Nha Trang 22 Trần Thị Luyến, Đỗ Minh Phụng, Nguyễn Anh Tuấn, Ngô Đăng Nghĩa, (2004), Chế biến rong biển, NXB Nông nghiệp TP Hồ Chí Minh 23 Trần Văn Ân (1982), Góp phần nghiên cứu chất lượng rong mơ (Sargassum) chiết alginate từ rong mơ Hòn Chồng-Nha Trang, Luận án tiến sĩ, Học viện quân y, Hà Nội 24 Trần Vĩnh Thiện (2009), Điều chế khảo sát cấu trúc tính chất alginate oligosaccarit tách từ rong biến khu vực Bắc Hải Vân ứng dụng chủng, Luận án Tiến sĩ Hóa học Tiếng Anh 25 Abdel - Fattah, A.F., Hussein, M.M.D., and Fouad, S.T.(1978), “Carbohydrates of the brown seaweed Dictyota dichotoma”, Phytochemistry 17 741-743 26 Aisa Y et al (2005) Fucoidan induces apoptosis of human HS-sultan cells accompanied by activation of caspase-3 and down-regulationc of ERK pathways Am J Hematol 78:7–14 27 Aizawa, M; Asaoka, K; Atsumi, M; Sakou, T (2007) Seaweed bioethanol production in Japan Oceans 2007 28 Alves A., Sousa R A and Reis R L (2012) In vitro cytotoxicity assessment of ulvan, a polysaccharide extracted from green algae Phytotherapy Research, 10, p.4843 29 Anastyuk S.D., Imbs T.I., Shevchenko N.M., Dmitrenok p.s and Zvyagintseva T.N (2012) ESIMS analysis of fucoidan preparations from Costaria costata, extracted from alga at different life-stages Carbohydrẻ Polym.,90, pp 993-1002 30 Anastyuk S.D., Shevchenko N.M., Nazarenko E.L., Dmitrenok p.s and Zvyagintseva T.N (2009) Structural analysis of a fucoidan from the brown alga Fucus evanescens by MALDI-TOF and tandem ESI mass spectrometry Carbohydr Res., 344, pp 779-787 Footer Page 144 of 146 132 Header Page 145 of 146 31 Anastyuk S.D., Shevchenko N.M., Nazarenko E.L., Imbs T.Iể, Dmitrenok p.s and Zvyagintseva T.N (2010) Structural analysis of a highly sulfateed fucan from the brown alga Laminaria cichorioides by tandem MALDI and ESI mass spectrometry Carbohydr Res., 345, pp 2206-2212 32 Anders S Carlsson, Jan B van Beilen, Ralf Moller and Divid Clayton, (2007) Micro – and macro – Algae: Utility for industrial applicaion CPL Press, Tall Gables, The Sydings, Speen, Newbury, Berks RG14 1RZ, UK 33 Angulo Y, Lomonte B (2003) Inhibitory effect of fucoidan on the activities of crotaline snake venom myotoxic phospholipases A2.Biochem Pharmacol 66:1993–2000 34 Awad N.E., Motawe H.M., Selim M.A and Matloub A.A (2009) Antitumourigenic polysaccharides isolated from the brown algaes Padina pavonia (L.) Gaill and Hydroclathrus clathratus (C.A) Howe Medicinal and Aromatic Plant Science and Biotechnology, 3, pp 6-11 35 Balat M, Balat H Recent trends in global production and utilization of bio - ethanol fuel Appl Energ 2009; 86(11): 2273e82 36 Balk M., Heilig H.G H J., van Eekert M H A., Stams A J M., Rijpstra I.C., Sinninghe-Damsté J.S., de Vos W.M., and Kengen S.W.M (2009), “Isolation and characterization of a new CO-utilizing strain, Thermoanaerobacter thermohydrosulfuricus subsp carboxydovorans, isolated from a geothermal spring in Turkey”, Extremophiles 13(6), Pages 885–894 37 Benko Z., Andersson A., Szengyel Z., Gaspar M., Reczey K and Stalbrand H.(2007), “Heat extraction of corn fiber hemicellulose”, Applied Biochemistry and Biotechnology, Volume 137-140, Numbers 1-12 / April 38 Bilan M.I and Usov A.I (2008) Structural analysis of fucoidans Nat Prod Commun., 3, pp 1639-1648 39 Bilan M.I., Grachev A.A., Shashkov A.S., Kelly M., Sanderson C.J., Nifantiev N.E and Usov A.I (2010) Further studies on the composition and structure of a fucoidan preparation from the brown alga Saccharina latissima Carbohydr Res., 345, pp 2038-2047 40 Bilan M.I., Grachev A.A., Ustuzhanina N.E., Shashkov A.S., Nifantiev N.E Footer Page 145 of 146 133 Header Page 146 of 146 and Usov A.I (2002) Structure of a fucoidan from brown seaweed Fucus evanesscens C.Ag Carbohydrate Research, 337(8), pp 719-730 41 Bilan M.L, Vinogradova E.V., Tsvetkova E.A., Grachev A.A., Shashkov A.S., Nifantiev N.E and Usov A.I (2008) A sulfateed glucuronofucan containing both fucofuranose and fucopyranose residues from the brown alga Chordaria flagelliformis Carbohydr Res., 343, pp 2605-2612 42 Brock T.D., Brock K.M., Belly R.T., Weiss R.L (1972), "Sulfolobus: a new genus of sulfur-oxidizing bacteria living at low pH and high temperature", Arch Mikrobiol 84 (1): 54–68 43 Bui M.L., Nguyen D.N., Ngo Q.B and Tran T.T.V (2005) Studies on fucoidan and its production from Vietnamese brown seaweeds Asean Journal on Science and technology for Development, Vol 22, Isue 4, pp 371-380 44 Chevolot L., Foucault A., Chaubet F., Kervarec N., Sinquin C., Fisher A.M and Boisson-Vidal C (1999) Further data on the structure of brown seaweed fucans: relationships with anticoagulant activity Carbohydrate Research, 319, pp 154- 165 45 Choosawad D., Leggat U., Dechsukhum C., Phonggdara A and Chotigeat W (2005) Anti-tumour activities of fucoidan from the aquatic plant Utricularia aurea lour Songklanakarin J Sci Technol., 27 (3), pp 799-807 46 Churl Kim, Hyun Jin Ryu, Sang Hyoun Kim, Jeong – Jun Yoon, Hoon Sik Kim and Yong Jin Kim, (2010) Acidity Tunable Ionic Liquids as Catalysts for Conversion of Agar into Mixed Sugars Bull Korean Chem.Soc, Vol 31, No 511 47 Conchie J and Percival E (1950) Fucoidin part II The hydrolysis of a methylated fucoidin prepared from Fucus vesiculosus J Chem Soc, pp 827-833 48 Cristina Chuck-Hernandez, Esther Perez-Carrillo, Sergio O Serna- Saldivar, (2009) Production of bioethanol from steam-flaked sorghum and maize Journal of Cereal Science, 50, 131-137 49 Daniel R., Chevolot L., Carrascal M., Tissot B., Mourao P.A.S and Abian J 50 Daniel R.M., Peterson M.E., Danson M.J (2010), "The molecular basis of the effect of temperature on enzyme activity", Biochem Journal, 425 (2): 353–60 Footer Page 146 of 146 134 Header Page 147 of 146 51 Das S., Paul S., Bag S.K., Dutta C (2006), "Analysis of Nanoarchaeum equitans genome and proteome composition: indications for hyperthermophilic and parasitic adaptation", BMC Genomics 7: 186 52 Del Campo I, Alegria I, Zazpe M, Echeverria M, Echeverria I Diluted acid hydrolysis pretreatment of agri-food wates for bioethanol production Ind Crop Prod 2006;24:214e21 53 Demain A L., Newcomb M., Wu J H D (2005), Cellulase, Clostridia, and Ethanol, Microbiol Mol Biol Rev 69: 124-154 54 Doi R H (2008), Cellulases of Mesophilic Microorganisms: Cellulosome and Noncellulosome Producers, Ann N Y Acad Sci 1125: 267-279 55 DuBok Choi, Heung Sun Sim, Yu Lan Piao, Wu Ying, Hoon Cho, (2009) Sugar production from raw seaweed using the enzyme method Industrial and Engineering Chemistry, 15, 12-15 56 Elifantz H., Malmstrom R R., Cottrell M T., Kirchman D L (2005), “Assimilation of Polysaccharides and Glucose by Major Bacterial Groups in the Delaware Estuary”, Appl Environ Microbiol 71, Pages 7799-7805 57 Fan L., Jiang L., Xu Y., Zhou Y., Shen Y., Xie W., Long Z and Zhou J (2011) Synthesis and anticoagulant activity of sodium alginate sulfatees Carbohydrate Polymers, Vol 83, Issue 4, pp 1797-1803 58 Fukamizo T., Hayashi K., Tamoi M., Fujimura Y., Kurotaki H., Kulminskaya A., Kitaoka M (2008), “Enzymeatic hydrolysis of 1,3-1,4-β-glucosyl oligosaccarits by 1,3-1,4-β-glucanase from Synechocystis PCC6803: A comparison with assays using polymer and chromophoric oligosaccarit substrates”, Archives of Biochemistry and Biophysics, Volume 478, Issue 2, Pages 187-194 59 Guo GL, Chen WH, Men LC, Hwang WS Characterization of dilute acid pretreatment of slivergrass for ethanol production Bioresour technol 2008;99:6046e53 60 Guo Y., Wu G., Su X., Yang H and Zhang J (2009) Antiobesity action of a daidzein derivative on male obese mice induced by a high-fat diet Nutrition Research, 29, pp 656-663 Footer Page 147 of 146 135 Header Page 148 of 146 61 Henry Lyons, Yannick Lerat, Micheles Stanley, Michael Bo Rasmussen, (2009) A review of the potential of marine algae as a source of biofuel in Ireland Sustanable energy Ireland (SEI) 62 Holtkamp A.D., Kelly S., Ulber R and Lang S (2009) Fucoidan and fucoidanases-focus on techniques for molecular structure elucidation and modification of marine polysaccharides Appl Microbiol Biotechnol 82, pp 1-11 63 Huang Y., Krauss G., Cottaz S., Driguez H and Lipps G.( 2005 ), “A highly acid-stable and thermostable endo-b-glucanase from the thermoacidophilic archaeon Sulfolobus solfataricus”, Biochem J 385(Pt 2): 581–588 64 Janson P.E., Kene H., Lidegren B and Longren J (1976) Structural analysis of carbohydrates Chem Comm Univ Stockholm 65 Jones B.E., Grant W.D., Duckwrth A.W., Schumann P., Weiss N and Stackebrandt E (2005), “Cellulomonas bogoriensis sp nov., an alkaliphilic cellulomonad”, Int J Syst Evol Microbiol 55, Pages 1711-1714 66 Kazuhiko M., Hikaru W., Tômyuki N., Michio K., Hiroto C., Shigeharu F., Masashi K., Yoshio T (2006), “Acceptor Specificity of Trehalose Phosphorylase from Thermoanaerobacter brockii: Production of Novel Nonreducing Trisaccarit, 6-O-.ALPHA.-D-Galactopyranosyl Trehalose”, Biosci Bioeng, Volume 101(5), Pages 385-390 67 Kazunori Nakashima et al, (2011) Direct bioethanol product from cellulose by the combination of cellulase-displaying yeast and ionic liquid pretreatment Green Chemistry, 13, 2948 68 Klyosov A.A., Berezin I.V (1981), “The Enzymeatic Conversion of Carbohydrate to Glucose: Kinetics and Mechanism of Action of the Cellulase Complex”, Cellulases of Microorganisms, Pages 73-82, Наука, Moscow 69 Klyosov A.A., Churilova I.V (1980), “Hydrolysis of Microcrystalline Carbohydrate by Multienzyme Cellulase Complexes of Various Origin”, Биохимия, 45, Pages 1685-1695 70 Krish Purnawan Candra, Sarwono, Sarinah, (2011) Study on bioethanol production using red seaweed Eucheuma cottonii from BonTang sea water Journal of Coastal Development, Vol 15, No 1, 45-50 Footer Page 148 of 146 136 Header Page 149 of 146 71 Kublanov I.V., Prokofeva M.I., Kostrinkina N.A., Kolganova T.V., Tourova T.P., Wiegel J and Bonch-Osmolovskaya E.A (2007), “Thermoanaerobacterium aciditolerans sp nov., a moderate thermoacidophile from a Kamchatka hot spring”, Int J Syst Evol Microbiol, 57, 260-264 72 Kumar A, Singh LK, Ghosh S Bioconversion of lignocellulosic fraction of water - hyacinth (Eichornia crassipes) hemicellulose acid hydrolysate to ethanol by Pichia stipitis Bioresour technol 2009; 100: 3293e 73 Kusaykin M., Bakunina I., Sova V., Ermakova S., Kuznetsova T., Besednova N., Zaporozhets T and Zvyagintseva T (2008) Structure, biological activity, and enzymeatic transformation of fucoidans from the brown seaweeds Biotechnol J., pp 904-915 74 Kylin H (1913) Biochemistry of sea algae Phys Chem., 83, pp 171-197 75 Lao P.J., Forsdyke D.R (2000), "Hermophilic Bacteria Strictly Obey Szybalski's Transcription Direction Rule and Politely Purine-Load RNAs ith Boh Adenine and Guanine", Genome Res 10 (10): 228–36 76 Laurie-Eve Riouxa L E., Turgeona S L and Beaulieub M (2010) Structural characterization of laminaran and galactofucan extracted from the brown seaweed Saccharina longicruris Phytochemistry, Volume 71, Issue 13, pp 1586- 1595 77 Leilei Ge, Peng Wang, Haijin Mou, (2011) Study on saccharification techniques of seaweed wastes for the transformation of ethanol Renewable Energy, 36, 84-89 78 Lenihan P., Orozco A., O’Neill E., Ahmad M.N.M., Rooney D.W and Walker G.M (2010), “Dilute acid hydrolysis of lignocellulosic biomass”, Chemical Engineering Journal, Volume 156, Issue 2, Pages 395-403 79 Lenihan P., Orozco A., O’Neill E., Ahmad M.N.M., Rooney D.W and Walker G.M (2010), “Dilute acid hydrolysis of lignocellulosic biomass”, Chemical Engineering Journal, Volume 156, Issue 2, Pages 395-403 80 Lo Y-C., Bai M-D., Chen W-M., and Chang J-S (2008), Cellulosic hydrogen production with a sequencing bacterial hydrolysis and dark fermentation strategy, Bioresources Technology 99, 8299-8303 Footer Page 149 of 146 137 Header Page 150 of 146 81 Makarenkova I.D., Deryabin P.G., Lvov D.K., Zvyagintseva T.N and Besednova N.N (2010) Antiviral activity of sulfateed polysaccharide from the brown algae Laminaria japónica against avian influenza A (H5N1) virus infection in the cultured cells Probl Virol.,55, pp 41—45 82 Manish Gulati, Karen Kohlmann, Michael R Ladisch, Robert Hespell & Rodney J Bothast, (1996) Assessment of ethanol production option for corn products, 58, 253-264.20 83 Marais M.F and Joseleau J.P (2001) A fucoidan fraction from Ascophyllum nodosum Carbohydrate Research, Volume 336, Issue 2, pp 155-159 84 Masahito Aizawa, Ken Asaoka, Masaya Atsumi, Toshitsugu Sakou, (2007) Seaweed Bioethanol Production in Japan–The Ocean Sumrise Project 85 Miller G.L (1959), “Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar”, Anal Chem 3, pp 426-428 Phương pháp xác định glucose acid dinitro salicylic (DNS) 86 Miller I.J and Blunt J.W (2002) Evaluation of the structure of the polysaccharides from Chondria macrocarpa and Ceramium rubrum as determined by 13C-NMR spectroscopy Bot Mar., 45, pp 1-8 61 87 Mitsunori Yanagisawa, Kanami Nakamura, Osamu Ariga, Kiyohiko Nakasaki, (2011) Production of high concentrations of bioethanol from seaweeds that contain easily hydrolyzable polysaccharides Process Biochemistry, 46, 2111-2116 88 Mori, H., Kamei, H., Nishide, E., and Nisizawa, K (1982), “Sugar constituents of some sulfateed polysaccharides from the wakame (Undaria pinnatifida) and their biological sporophylls of activities”, In “Marinealgae in pharmaceutical science”, Walter de Gruyter, Berlin and New York,109-121 89 Mori, H., Kamei, H., Nishide, E., and Nisizawa, K (1982), “Sugar constituents of some sulfateed polysaccharides from the sporophylls of wakame (Undaria pinnatifida) and their biological activities”, In “Marine algae in pharmaceutical science”, Walter de Gruyter, Berlin and New York, 109-121 Footer Page 150 of 146 138 Header Page 151 of 146 90 Motabar O., Shi Z.D., Goldin E., Liu K., Southall N., Sidransky E., Austin C.P., Griffiths G.L., Zheng W (2009), “A new resorufin-based alpha-glucosidase assay for high-throughput screening”, Anal Biochem 390(1), 79-84 91 Murata Y (2006), "Genome-wide expression analysis of yeast response during exposure to 4C," Extremophiles 10, pp 117–128 92 Nagaoka, M., Shibata, H., Kimura-Takagi, I., Hashimoto, S.,Kimura, K., Makino, T., Aiyama, R., Ueyama, S., and Yokokura, T (1999), “Structural study of fucoidan from Cladosiphon okamuranus Tokida” Glycoconj J., 16 (1) 19-26 93 Nakajima K., Hirota K., Nodasaka Y., Yumoto I (2005), "Alkalibacterium iburiense sp nov., an obligate alkaliphile that reduces an indigo dye", Int J Syst Evol Microbiol 55 (Pt 4): 1525–30 94 Nowlan B., Dodia M.S., Singh S.P., Patel B.K (2006), "Bacillus okhensis sp nov., a halotolerant and alkalitolerant bacterium from an Indian saltpan", Int J Syst Evol Microbiol 56 (Pt 5): 1073–7 95 O’Neill A.N (1954) Degradative studies on fucoidan J Amer Amer Chem Soc., 76, pp 5074-5076 96 Ozdemir ED, Hardtlein M, Eltrop L Land substitution effects of biofuel side products and implications on the land area requirement for EU 2020 biofuel targets Energ Policy 2009; 37: 2986e96 97 Pason P., Kyu K L., Ratanakhanokchai K (2006), "Paenibacillus curdlanolyticus Strain B-6 Xylanolytic-Cellulolytic Enzyme System That Degrades Insoluble Polysaccharides”, Appl Environ Microbiol 72: 2483-2490 98 Pessoa A J R., Mancilha I.M., Sato S.(1997), ”Acid Hydrolysis of hemicarbohydrate from sugarcane bagasse ”, Braz J Chem Eng vol 14 no 99 Pomin V.H (2009) An overview about the structure-function relationship of marine sulfateed homopolysaccharides with regular chemical structure Publised online 4.2009, Wiley InterScience 100 Rajoka M I (2005), “Double Mutants of Cellulomonas biazotea for Production of Cellulases and Hemicelluloses following Growth on Straw of a Perennial Grass”, World Journal of Microbiology and Biotechnology 21(6-7):1063 Footer Page 151 of 146 139 Header Page 152 of 146 101 Ren N.Q., Cao G.L., Guo W.Q., Wang A.J., Zhu Y.H., Liu B.F., and Xu J.F.(2010), “Biological hydrogen production from corn stover by moderately thermophile Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum W16”, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 35, Issue 7, Pages 2708-2712 102 Saha BC, Iten LB, Cotta MA, Wu YV Dilute acid pretreatment, enzymeatic saccharification and fermentation of wheat straw to ethanol Process Biochem 2005; 40:3693e700 103 Sanaa A., Boulila A., Boussai M and Fadhe N.B (2013) Alginic acid and derivatives, new polymers from the endangered Pancratium maritimum L Industrial Crops and Products, 44, pp 290-293 104 Sánchez ÓJ, Cardona CA Trends in biotechnological production of fuel ethanol from different feedstocks Bioresour Technol 2007;99:5270e95 105 Schwarz W H (2001), “The cellulosome and carbohydrate degradation by anaerobic bacteria”, Applied Microbiology and Biotechnology, Volume 56, Numbers 5-6 , 634-649 106 Sheehan K.B., Patterson D J., Dicks B L., and Henson J.M (2006) The Microbes of Yellowstone The Globe Pequot Press 107 SJ Horn, IM Aasen and K Ostgaard, (2000) Ethanol product from seaweed extract Industrial Microbiology & Biotechnology, 25, 249-254 108 Skriptsova A.V., Shevchenko N.M., Zvyagintseva T.N and Imbs T.I (2010) Monthly changes in the content and monosaccharide composition of fucoidan from Undaria pinnatifida J Appl Phycol., 22, pp 79-86 109 Sun J X and Sun R C (2004), “Isolation and characterization of cellulose from sugarcane bagasse”, Journal Polymer Degradation and Stability ,Volume 84, Issue 2, Pages 331-339 110 Sung-Soo Jang, Yoshihito Shiral, Motoharu Uchida and Minato Wakissaka, (2012) Production of mono sugar from acid hydrolysis of seaweed African Journal of Biotechnology Vol 11(8),pp 1953-1963 25 111 Suurs RAA, Hekkert MP Competition between first and second generation technologies: lessons from the formation of a biofuels innovation system in The Netherlands Energy 2009;34:669e79 Footer Page 152 of 146 140 Header Page 153 of 146 112 Svei Jarle Horn, (2000) Bioenergy from brown seaweeds Department of biotechnology Norwegian University of Science and Technology NTNU Trondheim Norway 113 Taherzadeh M J., Karimi K (2007), Acid-based hydrolysis processes for ethanol from lignocellulosic materials, A review BioResources, 2(3), pp 472-499 114 Thanh T.T.T., Tran T.T.V., Yuguchi Y., Bui M.L and Nguyen T.T (2013) Structure of Fucoidan from Brown Seaweed Turbinaria ornata as Studied by Electrospray Ionization Mass Spectrometry (ESIMS) and Small Angle X-ray Scattering (SAXS) Techniques Mar Drugs, 11, pp 2431-2443 115 Thanh T.T.T., Yasunaga H., Takano R., Urakawa H and Kajiwara K (2001) Molecular characteristics and gelling properties of carrageenan family 2: Tri- sulfateed and tetra-sulfateed carrageenans Polymer Bulletin Vol.47, ISSN: 1070- 0839, pp 305-312 116 Thanh T.T.T., Yuguchi Y., Mimura M., Yasunaga H., Takano R., Urakawa H and Kajiwara K (2002) Molecular characteristics and Gelling Properties of Carrageenan Family 1: Preparation of novel carrageenan and dilute solution properties Macromolecular Chemistry and Physic Vol.203, ISSN: 01221352, pp 15-23 117 The World Wildlife Fund (2007) "Natural Wonder of the World Transformed within Hours, says World Wildlife Fund", Earthtimes.org 118 Tran T.H., Tran V.T and Dinh Q.K (2006) Composition and sequential structure of alginate from brown seaweeds in Thua Thien-Hue province Journal of Chemistry and Application, 57(9), pp 34-37 119 Tran V.T., Chu D.K Tran T.H and Dinh Q.K (2008) Characterization of alginate prepared from brown seaweeds in Thua Thien-Hue province of Vietnam Asean Journal on Science and Technology for development, 25(2), pp 427-433 120 Tsai S-L., Oh J., Singh S., Chen R., and Chen W Functional assembly of mini-cellulosomes on the yeast surface for carbohydrate hydrolysis and ethanol production Appl Environ Microbiol 1,538-09 2009 Footer Page 153 of 146 141 Header Page 154 of 146 121 Tsao G.T., Ladisch M R., Bose A.(1979), Acid hydrolysis of carbohydrate to yield glucose, United States Patent 4174976 Publication 122 Vauchel P., Kaas R., Arhaliass A., Baron R and Legrand J (2008) A new process for extracting alginates from Laminaria digitata, Reactive Extrusion Food Bioprocess Technol 1, pp 297-300 123 Vergara-Fernández A, Vargas G, Alarcón N, Velasco A Evaluation of marine laminaria japonica as a source of biogas in a two-stage anaerobic reactor system Biomass Bioenerg 2007; 32:338e44 124 Volkov Y., Lunina N A., Berezina O V., Velikodvorskaya G A and Zverlov V.V.(2005), “Thermoanaerobacter ethanolicus Gene Cluster Containing the αand β-Galactosidase Genes melA and lacA and Properties of Recombinant LacA” 125 Weber S., Stubner S., Conrad R (2001), Bacterial Populations Colonizing and Degrading Rice Straw in Anoxic Paddy Soil, Applied and Environmental Microbiology, 67(3) , pp 1318-1327 126 Yamamoto T., Mukai K., Yamashita H., Kubota M., Fukuda S., Kurimoto M., Tsujisaka Y (2005), “Enhancement of Thermostability of Kojibiose Phosphorylase from Thermoanaerobacter brockii ATCC3225047 by Random Mutagenesis” Journal of Bioscience and Bioengineering, 100(2), pp.212-215 127 Zavarzina D.G., Kolganova T.V., Bulygina E.S., Kostrikina N.A., Turova T.P., Zavarzin G.A (2006), Geoalkalibacter ferrihydriticus gen nov., sp nov., the first alkaliphilic representative of the family Geobacteraceae, isolated from a soda lake, Микробиология, 75(6), pp 775–85 128 Ziegelmann-Fjeld K I., Musa M M., Phillips R S., Zeikus J G and Vieille C.(2007), A Thermoanaerobacter ethanolicus secondary alcohol dehydrogenase mutant derivative highly active and stereoselective on phenylacetone and benzylacetone, Protein Engineering Design and Selection, 20(2), pp 47-55 129 Коломиец Э И., Лобанок А Г (2007), Микробные биотехнологии: Фундаментальные и прикладные аспекты Минск Footer Page 154 of 146 142 Header Page 155 of 146 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: RONG BIỂN PHỤ LỤC 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Footer Page 155 of 146 ... Nghiên cứu chuyển hóa rong biển, phế thải nông nghiệp chứa carbohydrate thành ethanol sử dụng xúc tác sinh học làm đề tài nghiên cứu cho luận án Mục tiêu nghiên cứu đề tài là:  Xác định thành. .. tối ưu trình lên men ethanol từ dịch thủy phân rong biển phế thải nông nghiệp Đánh giá hiệu trình chuyển hóa carbohydrate từ rong biển phế thải nông nghiệp thành ethanol sinh học Footer Page 14... xuất rong biển 14 1.2.4 Tổng quan rong nâu .16 1.3 PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP: RƠM, RẠ Ở VIỆT NAM .23 1.3.1 Phế thải nông nghiệp 23 1.3.2 Thành phần hóa học phế thải nông nghiệp