Nghiên cứu thủy phân bã mía đã qua tiền xử lý nhằm mục tiêu sản xuất cồn nhiên liệu

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Tiến sĩ Phạm Tuấn Anh – ngƣời định hƣớng nghiên cứu, tận tình giúp đỡ em trình thực đề tài này, ban lãnh đạo Viện công nghệ sinh học Công nghệ thực phẩm, Trung tâm nghiên cứu phát triển sinh học, Bộ môn Công nghệ Sinh học tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trình học tập hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn Phó giáo sƣ – Tiến sĩ Tô Kim Anh, ngƣời hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi trình tiến hành thí nghiệm Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới anh Ngô Duy Sạ, ngƣời làm nghiên cứu sinh hỗ trợ hƣớng dẫn em trình tiến hành thí nghiệm, thạc sĩ Cao Xuân Bách, ngƣời bảo tận tình, giúp đỡ hỗ trợ nhiều phƣơng pháp thí nghiệm Và tất thầy cô cán môn Trung tâm nghiên cứu phát triển Công nghệ Sinh học tạo điều kiện cho em tiến hành thí nghiệm hoàn thành luận văn Em chân thành cảm ơn tới ngƣời thân bạn bè đông viên, giúp đỡ em nhiều trình thực đề tài Hà Nội, tháng 11 năm 2015 PHẠM THỊ PHÚC i LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Kết luận văn kết nghiên cứu thực hướng dẫn khoa học TS Phạm Tuấn Anh, NCS Ngô Duy Sạ trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, giúp đỡ tập thể cán nghiên cứu, học viên, sinh viên làm việc phòng thí nghiệm lên men 309 b1- Trung tâm nghiên cứu phát triển sinh học, Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đăng tải tác phẩm, tạp chí trang web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với cam đoan Hà Nội, ngày 01 tháng 11 năm 2015 Phạm Thị Phúc PHẠM THỊ PHÚC ii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii PH L C B NG vii PH L C H NH viii GIỚI THIỆU 10 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 11 1.1 Giới thiệu nhiên liệu sinh học 11 1.1.1 Nhiên liệu sinh học 11 1.1.2 Tình hình sản xuất sử dụng Bioethanol giới [26] 12 1.1.3 Tình hình sản xuất cồn nhiên liệu Việt Nam 15 1.2 Nguyên liệu lignocelluloses 17 1.2.1 Cấu trúc lignocelluloses 18 1.2.2 Cellulose 18 1.2.3 Hemicellulose 19 1.2.4 Lignin 20 1.2.5 Tro 20 1.2.6 Các yếu tố ảnh hƣởng đến vận tốc phản ứng enzyme 21 1.3 Bã mía, trạng bã mía Việt Nam ethanol nhiên liệu 23 1.4 Quá trình sản xuất ethanol từ bã mía 26 1.4.1 Tiền xử lý 26 1.4.3 Quá trình thủy phân 27 1.4.4 Quá trình lên men 34 1.4.5 Quá trình thủy phân lên men đồng thời 36 CHƢƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 37 2.1 Vật liệu 37 2.1.1 Bã mía 37 2.1.2 Enzyme 37 PHẠM THỊ PHÚC iii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 2.1.3 Giống nấm men 37 2.2 Thiết bị hóa chất thí nghiệm 38 2.2.1 Thiết bị thí nghiệm 38 2.2.2 Hóa chất thí nghiệm 39 2.3 Các phƣơng pháp phân tích 39 2.3.1 Xác định độ ẩm mẫu b ng phƣơng pháp sấy đến trọng lƣợng không đổi 39 2.3.2 Xác định hàm lƣợng tro b ng phƣơng pháp đốt [6] 39 2.3.3 Phân tích hàm đƣờng dung dịch 40 2.3.3.1 Phân tích glucose theo phƣơng pháp sử dụng kit Hexokinase 40 2.3.4 Phƣơng pháp đo hoạt độ enzyme 41 2.3.5 Xác định hàm lƣợng ethanol 44 2.4 Trình tự nghiên cứu sản xuất ethanol từ bã mía 45 2.4.1 Sơ đồ sản xuất ethanol 45 2.4 Quá trình thủy phân enzyme 45 CHƢƠNG III: KẾT QU VÀ BÀN LUẬN 48 3.1 Phân tích thành phần lignocellulose 48 3.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng bã rắn trình thủy phân 48 3.3 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ tới trình thủy phân 50 3.4 Khảo sát trình thủy phân b ng phƣơng pháp Fedbatch nhiệt độ 50 o C, 37oC 51 3.5 Khảo sát khả lên men đƣờng thu từ dịch thủy phân 53 3.7 Khảo sát trình thủy phân lên men đồng thời b ng enzyme nấm men 55 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 4.1 Kết luận 58 4.2 Kiến nghị 58 PHẠM THỊ PHÚC iv LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TÀI LIỆU THAM KH O 59 PH L C 62 PHẠM THỊ PHÚC v LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt NLSH FFV Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt Biofuel Nhiên liệu sinh học Flex Fuel Vehicles Tổng công ty dầu PVT Việt Nam EtOH Ethanol Etanol MeOH Methanol Metanol Catalytic domain Trung tâm xúc tác Simultaneous hydrolysis and Thủy phân lên fermentation men đồng thời CD SSF SHF G6PDH DNS NREL Separate hydrolysis and fermentation Thủy phân lên men riêng lẻ Glucose-6-phosphate dehydro genase Dinitro salycilic National Renewable Energy laboratory ATP Adenosine triphosphate CBD Cellulose binding domain PHẠM THỊ PHÚC Trung tâm tạo liên kết với cellulose vi LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHỤ LỤC BẢNG Bảng 1: Thành phần lignocellulose 17 Bảng 2: Môi trƣờng dinh dƣỡng bổ sung cho nấm nem Saccharomyces cerevisiae phát triển: 37 Bảng 3: Bố trí thí nghiệm 46 Bảng 4: Hoạt lực enzyme chế phẩm NS-22192Error! Bookmark not def PHẠM THỊ PHÚC vii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHỤ LỤC H NH Hình 1: Cấu trúc lignocelluose Error! Bookmark not defined Hình 2: Cấu tạo phân tử cellulose (theo J.W.Lengeler cộng sự) 19 Hình 3: Cấu trúc Hemicellulose 20 Hình 4: nh hƣởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng 22 Hình 5: nh hƣởng trình tiền xử lý đến quy trình biến đổi lignocellulose thành ethanol 27 Hình 6: Biểu diễn vị trí cắt cellulose hệ enzyme cellulose 28 Hình 7: Quá trình tác động cellobiohydrolase lên đầu vùng liên kết cellulose 31 Hình 8: Quá trình hấp phụ CBH I không bị ảnh hƣởng liên kết tĩnh điện bề mặt chất enzyme Ngƣợc lại, CBH II có chịu ảnh hƣởng lực tĩnh điện 32 Hình 9: Cơ chế tác động hiệp đồng enzyme exo-endo endo-endo Enzyme endoglucanase công ngẫu nhiên vào cellulose tạo chất thích hợp cho enzyme exoglucanase sau khuếch tán nhanh khỏi bề mặt exoglucanse công từ đầu đƣờng khử không khử 33 Hình 10: Quá trình chuyển hóa glucose thàng ethanol 34 Hình 11: Giống nấm men Pichia stiptis Saccharomyces cerevisiae 35 Hình 13: a) Thành phần có bã mía trƣớc tiền xử lý 48 Hình 14: Kết nghiên cứu ảnh hƣởng phần trăm bã rắn trình thủy phân 49 Hình 15: nh hƣởng nhiệt độ tới trình thủy phân 50 Hình 16: Kết qủa thủy phân sử dụng phƣơng pháp Fedbatch 50oC; 37oC 52 Hình 17: Hiệu suất trình thủy phân 52 PHẠM THỊ PHÚC viii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hình 18: So sánh trình thủy phân fed-batch bath 53 Hình 19: Mật độ tế bào trình lên men 54 Hình 20: Hàm lƣợng glucose tiêu thụ trình lên men 54 Hình 21: Nồng độ ethanol thu đƣợc trình lên men 55 Hình 22 : Kết trình thủy phân lên men đồng thời 56 Hình 23: Nồng độ ethanol thu đƣợc trình lên men 57 PHẠM THỊ PHÚC ix LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI GIỚI THIỆU Việt Nam nƣớc nông nghiệp truyền thống với nhiều mặt hàng nhƣ lúa, ngô, khoai, sắn, mía Bên cạnh lƣợng nông sản đƣợc tạo để phục vụ đời sống xuất với nguồn phế phụ phẩm nhƣ rơm rạ, vỏ trấu, lõi ngô, bã mía, vỏ dừa, bã dứa Trong số loại phế phụ phẩm nông nghiệp, bã mía loại nguyên liệu dễ thu gom hàm lƣợng cellulose cao (40 - 50%) Theo tài liệu Hiệp hội Mía đƣờng Việt Nam, niên vụ 2009/2010 nƣớc có khoảng 40 nhà máy đƣờng hoạt động với tổng công suất thiết kế 105.750 mía/ ngày Tùy thuộc vào giống mía, tỷ lệ bã mía có khác thƣờng chiếm 20 - 30% khối lƣợng mía, h ng năm nƣớc thải trung bình từ 3,5 - 4,5 triệu bã mía Hiện nay, bã mía thải từ nhà máy đƣờng đƣợc sử dụng phần nhỏ sản xuất bột giấy, làm chất để trồng nấm Một số nhà máy sử dụng bã mía làm nhiên liệu cho nồi Việc tận dụng nguồn phế phẩm nh m tạo sản phẩm có giá trị nhƣ bioethanol đƣợc quan tâm Mặc dù có nhiều cố gắng nhƣng việc sản xuất bioethanol từ lignocellulose quy mô công nghiệp gặp khó khăn Lignocellulose đƣợc cấu tạo từ cellulose, hemicellulose, lignin gắn kết chặt chẽ với liên kết hydro liên kết đồng hóa trị Để sản xuất cồn, cellulose hemicelulose thành phần lignocellulose phải đƣợc thủy phân thành đƣờng đơn sau hỗn hợp đƣờng hexose (chủ yếu glucose) pentose (chủ yếu xylose) đƣợc lên men thành cồn Có hai hƣớng tiếp cận vấn đề này, thông qua thủy phân b ng acid thủy phân b ng enzym Hiện nay, công nghệ thủy phân b ng acid không đƣợc nghiên cứu nhiều sử dụng nhiệt độ cao, tạo nhiều sản phẩm phụ không thân thiện với môi trƣờng Hƣớng ứng dụng hệ enzyme bao gồm exo-glucanase, endo-glucanase, β-glucosidase, xylanase, mannanase…để chuyển hóa polysaccharide b ng đƣờng sinh học cho phép trình diễn điều kiện êm dịu, sản phẩm phụ thân thiện với môi trƣờng Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên, lựa chọn đề tài luận án: '' Nghiên cứu thủy phân bã mía qua tiền xử lý cho mục tiêu sản xuất cồn nhiên liệu" PHẠM THỊ PHÚC 10 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI đƣợc thực bình thủy phân chứa 10 ml dịch, tiến hành phân tích mẫu theo phƣơng pháp nêu mục (2.4.3.1) Hiệu trình thủy phân đƣợc đánh giá thông qua hiệu suất chuyển hóa glucan tổng số có mẫu sau tiền xử lý thành đƣờng glucose Kết phân tích đƣợc thể hình 13: Hình 13: Kết nghiên cứu ảnh hƣởng phần trăm bã rắn trình thủy phân Các thí nghiệm đƣợc tiến hành tỉ lệ enzyme so với chất rắn Khi hàm lƣợng bã rắn nhỏ, enzyme dễ dàng công, thủy phân triệt để hơn; hàm lƣợng bã rắn từ 1.5% đến 6.5% nồng độ glucose thu đƣợc dịch tăng từ 14.70g/l đến 54.47g/l Nhƣng hàm lƣợng bã rắn tăng từ 9-14%, hàm lƣợng glucose thu đƣợc từ 67.99g/l đến 74g/l hàm lƣợng glucose có tăng nhƣng ít, không đáng kể Do hàm lƣợng bã rắn tăng cao, enzyme bị bão hòa chất hàm lƣợng đƣờng tạo thành bị ảnh hƣởng Ngoài ra, nồng độ chất rắn cao, dung dịch đậm đặc, trình khuếch tán nhƣ tiếp xúc enzyme toàn khối nguyên liệu khó khăn dẫn đến trình thủy phân khó khăn, nên nồng độ glucose tạo thành đƣợc không tăng PHẠM THỊ PHÚC 49 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vậy hàm lƣợng bã rắn thích hợp cho trình thủy phân tạo hàm lƣợng đƣờng tƣơng đối là: 6,5% 3.3 Khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ tới trình thủy phân Trong nghiên cứu SHF (thủy phân lên men riêng rẽ), điều kiện tối ƣu cho trình thiết lập đƣợc nhƣ tối ƣu cho trình thủy phân 50oC, tối ƣu trình lên men 30oC Tuy nhiên sử dụng phƣơng pháp thủy phân lên men đồng thời (SSF), thông số tối ƣu cho trình thiết lập, nghiên cứu sử dụng nhiệt độ từ 35-37 oC cho trình Trong nghiên cứu này, bã mía đƣợc thủy phân b ng enzyme nhiệt độ khác nhau: 50oC, 37oC, 30oC nh m so sánh khả thủy phân Kết thủy phân đƣợc trình bày hình 14: Hình 14: nh hƣởng nhiệt độ tới trình thủy phân Ở nhiệt độ khác hàm lƣợng glucose tạo thành khác nhau, hàm lƣợng glucose sinh đạt cao 54.40 (g/l) nhiệt độ 50oC nhiệt độ thích hợp cho enzyme cellulase hoạt động, nhiệt độ 37oC 30oC, hàm lƣợng glucose tạo thành tƣơng ứng 49.38 (g/l) 43.14 (g/l) So với hàm lƣợng glucose tạo thành 50oC hàm lƣợng glucose sinh 37oC tƣơng đối, hiệu suất thủy phân đạt 86.15% PHẠM THỊ PHÚC 50 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nghiên cứu giảm nhiệt độ thủy phân từ 50oC xuống 37oC, khả thủy phân chế phẩm NS -22912 giảm xuống, nhiên ứng với 90 % hoạt độ cực đại Do chế phẩm sử dụng trình thủy phân lên men đồng thời 3.4 Khảo sát trình thủy phân b ng phƣơng pháp Fedbatch nhiệt độ 50 oC, 37oC Trong trình thủy phân, hàm lƣợng chất rắn tăng lên độ nhớt dịch gây cản trở trình (Jorgensen et al 2007b) Tuy nhiên theo ƣớc tính để đạt đƣợc nồng độ cồn dịch sau lên men 6% (ứng với nồng độ cồn số nhà sản xuất cồn hệ 1) cần nồng độ chất rắn tối thiểu 17% Trong nghiên cứu này, kỹ thuật thủy phân fed batch đƣợc nghiên cứu nh m tăng nồng độ chất rắn lên 17% Quá trình thủy phân bắt đầu với nồng độ chất rắn 6.5 %, sau đƣợc tiếp tục bổ sung chất thời điểm h, h với lƣợng chất rắn tƣơng ứng 5.5% 5% để tổng chất rắn đạt 17% Các thí nghiệm đƣợc tiến hành hai nhiệt độ 50oC 37oC Enzyme đƣơc bổ sung theo hai phƣơng thức: (i) enzyme bổ sung lần vào đầu trình; (ii) enzyme bổ sung vào với chất Kết thủy phân đƣợc thể hình 15: PHẠM THỊ PHÚC 51 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hình 15: Kết thủy phân sử dụng phƣơng pháp Fedbatch 50oC; 37oC Trong trình thủy phân, hàm lƣợng glucose tăng dần thí nghiệm Khi so sánh hai phƣơng thức bổ sung enzyme, nhóm nghiên cứu nhận thấy bổ sung enzyme lần (146.06 g/l) vào đầu trình thủy phân cho kết cao so với enzyme đƣợc bổ sung nhiều lần (136.91 g/l) Kết đƣợc giải thích bổ sung enzyme lần đầu trình thủy phân, tỉ lệ enzyme chất lớn so với bổ sung enzyme nhiều lần, điều dẫn tới tốc độ thủy phân nhanh đạt hiệu suất cao sau 72 h thủy phân Hình 16: Hiệu suất trình thủy phân Khi so sánh trình thủy phân 37 50oC, trình thủy phân nhiệt độ thấp 37 oC cho hiệu suất thủy phân thấp 50oC từ 15-20% So sánh trình thủy phân theo mẻ trình thủy phân fed- batch kết thể hình 17: PHẠM THỊ PHÚC 52 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hình 17: So sánh trình thủy phân fed-batch bath Tại trình thủy phân theo mẻ, nồng độ chất 14 % hiệu suất thủy phân đạt 81% Khi trình thủy phân thực theo phƣơng thức fed-bath, nồng độ chất rắn tăng lên đƣợc 17% hiệu suất trì 86% cao so với trình thủy phân theo mẻ 3.5 Khảo sát lên men đƣờng thu từ dịch thủy phân Trong trình tiền xử lý, nhiều chất ức chế trình lên men đƣợc hình thành nhƣ furfural, hydroxyl metthyl furfural , hợp chất phenol…Các chất ức chế trình lên men, làm trình diễn với hiệu suất thấp Các thí nghiệm đƣợc tiến hành để khảo sát mức độ độc dịch thủy phân tế bào nấm men Đƣờng từ dịch thủy phân đƣợc lên men với chủng nấm mốc S cerevisae, kiểm chứng trình lên men với đƣờng glucose tinh khiết PHẠM THỊ PHÚC 53 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hình 18: Mật độ tế bào trình lên men Hình 19: Hàm lƣợng glucose tiêu thụ trình lên men Theo kết thu đƣợc hình 18, số lƣợng tế bào lên men hai thí nghiệm tăng mạnh sau 24 h lên men lƣợng glucose đƣợc nấm men sử dụng để tạo sinh khối giảm từ 140 g/l 90 g/l Sau 24 h, trình lên men chuyển hóa từ glucose thành ethanol bắt đầu diễn Lƣợng tế bào nấm men không tăng, nhiên lƣợng glucose đƣợc tiêu thụ mạnh (Hình 19) Sau 96 bƣớc vào pha suy thoái tế bào PHẠM THỊ PHÚC 54 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI già chết dần hàm lƣợng đƣờng dịch không đủ cung cấp cho nấm men phát triển nên mật độ nấm men lúc giảm tiến hành ngừng lên men chƣng thu cồn Kết thúc trình lên men nồng độ cồn thu đƣợc đƣờng glucose tinh khiết 3.9 (% ethanol); dịch sau thủy phân 4.0 (% ethanol) So sánh hai thí nghiệm, nhóm nghiên cứu nhận thấy gia tăng sinh khối nấm men, nhƣ tốc độ tiêu thụ glucose, lƣợng cồn tạo thành hai thí nghiệm tƣơng đồng Kết cho thấy chức ức chế nấm men dịch lên men Hình 20: Nồng độ ethanol thu đƣợc trình lên men 3.7 Khảo sát trình thủy phân lên men đồng thời b ng enzyme nấm men Các thí nghiệm đƣợc tiến hành điều kiện: pH:4.8; bã rắn: 17 % (bổ sung theo thời gian giờ, giờ); lƣợng enzyme: 60 U/ml, lƣợng nấm men cho vào 0.025g, khảo sát nhiệt: 37oC; thời gian kết thúc phản ứng 72 Kết đƣợc biểu diễn hình 20: PHẠM THỊ PHÚC 55 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hình 21: Kết trình thủy phân lên men đồng thời Thủy phân lên men đồng thời bao gồm hai trình diễn song song Thủy phân cellulose thành glucose lên men glucose thành ethanol Phản ứng thủy phân phản ứng dị thể rắn/lỏng, phản ứng lên men phản ứng đồng thể Trong trình thủy phân lên men đồng thời lƣợng đƣờng sinh phản ứng thủy phân đƣợc sử dụng nấm men, lƣợng đƣờng dƣ dịch không ức chế trình thủy phân nhƣ lên men Trong nghiên cứu này, nồng độ glucose dịch đạt cao sau 24 h thủy phân đạt 90 (g/l) thấp nhiều nồng độ glucose trình thủy phân lên men gián đoạn 140( g/l) Theo hình ta thấy từ – đầu phản ứng hàm lƣợng glucose đƣợc tạo thành nhiều, từ 24 đến 48 giảm mạnh lƣợng đƣờng tạo thành đƣợc chuyển hóa thành ethanol, đến 72 lƣợng đƣờng tạo thành không đáng kể Kết thúc trình thủy phân lên men đồng thời nồng độ cồn thu đƣợc: 4.3 (% ethanol) Thí nghiệm cho thấy nồng độ cồn cao so với trình lên men, vừa tiết kiệm thời gian thiết bị có nhiều ƣu điểm trình lên men (hinh 21) PHẠM THỊ PHÚC 56 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hình 22: Nồng độ ethanol thu đƣợc trình lên men Tuy nhiên hiệu suất lên men đạt đƣợc chƣa cao (tính hiệu suất), cần có thí nghiệm để tăng hiệu suất lên men PHẠM THỊ PHÚC 57 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận * Trong trình thủy phân theo mẻ, số thông số ảnh hƣởng tới trình đƣợc nghiên cứu để đạt hiệu suất thủy phân cao nhất: bã rắn :6.5% ; nhiệt độ: 50oC; Nồng độ glucose đạt đƣợc: 54.47 g/l; Hiêu suất thủy phân: 88.12% * Quá trình thủy phân fed-batch với phƣơng thức bổ sung chất nhiều lần, bổ sung enzyme lần cho phép tăng nồng độ chất khô dịch lên 17% so với 14 % thủy phân theo mẻ Hiệu suất trình thủy phân fed-batch đạt 86% * Dịch đƣờng thủy phân từ bã mía qua tiền xử lý không chứa chất ức chế trình lên men, so sánh đƣợc với glucose tinh khiết sử dụng làm môi trƣờng lên men cho nấm men * Quá trình thủy phân lên men đồng thời b ng enzyme Novoenzyme NS22192 chủng nấm men Saccharomyces cerevisiase, kết thúc trình thủy phân lên men đồng thời nồng độ cồn: 4.3 (% ethanol) Hiệu suất lên men đạt 72% Kiến nghị Cần tiếp tục nghiên cứu trình lên men để nâng cao nồng độ cồn thu đƣợc Nghiên cứu cần tập trung trình thủy phân lên men đồng thời ý vai trò quy trình trình sản xuất bioethanol từ nguyên liệu lignocellulose nói chung bã mía nói riêng PHẠM THỊ PHÚC 58 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT TS Nguyễn Thị Bích Ngọc Kỹ thuật cellulose giấy, 2003, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh Lê Song Dự, Nguyễn Thị Mùi Cây ía 1997, NXB Nông Nghiệp Tp Hồ Chí Minh Huỳnh Thanh Nông, Nghiên cứu biện pháp bảo quản để nâng cao chất lượng bã mía để nâng cao tăng trưởng, 2005 Luận văn thạc sĩ, khoa Nông Nghiệp Sinh học Ứng Dụng, trƣờng Đại học Cần Thơ PGS.TS Đặng Thị Thu, TS Nguyễn Thị Xuân Sâm, TS Tô Kim Anh Thí nghiệm hóa sinh công nghiệp Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội 1997 PGS.TS Đặng Thị Thu, PGS Lê Ngọc Tú, TS Tô Kim Anh, PGS.TS Phạm Thu Thủy, TS Nguyễn Xuân Sâm Công nghệ Enzyme, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2004 Bộ môn Công nghệ cellulose Giấy, Đại học Bách Khoa Hà Nội Các thí nghiệm hóa học gỗ cellulose, (2009) Lê Ngọc Tú (2005), Hóa Sinh Công Nghiệp, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Ngô Duy Sạ, TS Phạm Tuấn Anh, TS Tô Kim Anh 2015 nh hƣởng trình rửa kiềm tới khả thủy phân cellulose bã mía phân đoạn b ng axit formic Tạp chí công nghệ sinh học 13(2) TÀI LIỆU NƢỚC NGOÀI A Sluiter, B Hames, R Ruiz, C Scarlata, J Sluiter, D Templeton, and D Crocker, Dertermination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass, Laboratory Analytical Proceduce (LAP) Issue Date: April 2008 10 A Sluiter, R Ruiz, C Scarlata, J Sluiter, and D Templeton, Dertermination of Extractives in Biomass, Laboratory Analytical Proceduce (LAP) Issue Date: 7/17/2005 11 Beldman, G., J.P Vincken Enzymes (the role of enzymes in foods), 2002, Wageningen University 12 B.P Lavarack, G.J Griffin, D.Rodman The acid hydrolysis of sugarcane bagasse hemicelluloses to produce xylose, arabinose, glucose and other products November 2002, pages 367-380 13 Braz arch biol technol vol.54 no.2 Curitiba Mar./Apr 2011 Enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated with acid or alkali PHẠM THỊ PHÚC 59 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 14 C.A Cardona, J.A Quintero, I.C Paz Production of bioethanol from sugarcane bagasse: Status and perspectives, July 2010, pages 4754-4766 15 Charles E.Wyman, Handbook on Bioethanol: Product and Utilization, Taylr & Francis, 1996.p 19-285 16 Haagensen F., Ahring B.K., Enzyme hydrolysis and glucose fermentation of wet oxidized sugarcane bagasse and rice straw for bioethanol production, Environment Microbiology & Biotechology Research Group, Technical University of Denmark 17 Hetti Palonen, Role of lignin in the enzymatic hydrolysis of lignocellulose, VTT Biotechnology, 2004, p 11-39 18 Jan Bk 2009 Enzymetic hydrolysis of lignincellulose Subtrate interaction and high solid loadings Foress & Landscape Research 19 Larissa Canilha & Walter Carvalho & Maria Das Gracas De Almeida Felipe & Joaxo Batista De Almeida E Silva & Maro Giulietti (2009), Ethanol Production from Sugarcane Bagasse Hydrolysate using Pichia stipitis, Applied Biochemmistry and Biotechnology 20 M.Roehr, The Biotechnology of ethanol classical and future application, Weinheim, WILEY – VCH Verlag GmbH, 2001 21 R Aguilar, J.A Ramírez, G Garrote, M Vázquez Kinetic study of the acid hydrolysis of sugar cane bagasse December 2002, pages 309-318 22 R Muthuvelayudham, T Viruthagiri Fermentative production and kinetics of cellulase protein on Trichoderma reesei using sugarcane bagasse and rice straw No 20(2006) 23 Saha BC, Iten LB, Cotta Ma, Wu YV (2008), Diluted acid pretreatment, enzymatic saccharification of wheat straw to ethanol Biochem, Eng, 40, pp 3693 24 S.C.Rabelo , H.Carrere, R Maciel Filho, A.C Costa Production of bioethanol, methane and heat from sugarcane bagasse in a biorefinery concept 102 (2011) 7887 – 7895 25 Seungdo Kim, Bruce E.Dale, Global potential bioethanol production from waste crops, Science Direct, Biomass and Bioenergy 26, 2004, p.361 – 375 26 Stefano Macrelli Ethanol from sugarcane lignocellulosic residues Department of Chemical engineering, Lund University, Sweden (2014) 27 United States Department of Agriculture (2007), The Future of Biofuels: A Global Perspective, Economic Research Service 28 T.K Glucose (1987), Measurement of Cellulose Activities Pure and Appl 59(2): pp.257 – 268…… PHẠM THỊ PHÚC 60 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 29 Ye Sun, Jiayang Cheng Hydrolysis of linocellulosic materials for ethanol production: a review Bioresource technology 83 (2002) 1-11 30 Yueshu Gao, Jingliang Xu, Zhenhong Yuan, Yu Zhang, Cuiyi Liang, and Yunyun Liu Ethanol production from high solid loading of alkali pretreated sugarcane bagasse with an SSF process Gao et al, (2014), bioresources 9(2), 3466-3479 31 J.M Hernández-Salas, M.S Villa-Ramírez, J.S Veloz-Rendón, K.N RiveraHernández, R.A González-Cesar, M.A Plascencia-Espinóa et S.R trejo-Estrada (2009), Comparative hydrolysis and fermentation of sugarcane and agave bagasse, Bioresour Technol 100, pp 1238-1245 32 J Zaldivar, J Nielsen, L Olsson “Fuel ethanol production from lignocellulose: a challenge for metabolic engineering and process integration” Appl microbiol biotechol 2001 Jul 56 (1-2): 17 - 34Chalmer University of Technology 184 Publication 5,534 Citations 33 Zhang, M., Qi, W., Liu, R., Su, R., Wu, S., He, Z (2010) "Fractionating lignocellulose by formic acid: Characterization of major components" Biomass Bioenergy 34(4), 525-532 TÀI LIỆU ĐIỆN TỬ 34 http://www.nhienlieusinhhoc.blogspot.com/ 35 https://en.wikipedia.org/wiki/Cellulose 36 http://vietsciences.free.fr/khaocuu/nguyenlandung/vsv16.htm 37 http://www.handymath.com/cgi-bin/ethanolwater3.cgi?submit=Entry PHẠM THỊ PHÚC 61 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHỤ LỤC ĐỆM NATRI CITRATE PH 4,8 Cân 21,6g axit citric hòa tan lít nƣớc cất, điều chỉnh pH b ng dung dịch NaOH 60% đạt pH 4,8 DUNG DỊCH THUỐC THỬ DNS - Nƣớc cất: 1416ml - 3,5 axit dinitro salycilic: 10,6g - NaOH: 19,8g Hòa tan chất sau thêm vào dung dịch: - Muối K, Na tartrate: 306g - Phenol : 7,,6ml - Natri metabisulfite: 8,3g ÂY DỰNG ĐƢỜNG CHUẨN GLUCOSE Chuẩn bị dung dịch gốc glucose 2g/l: cân 200mg glucose định mức đến 100ml Bảng 4: Xây dựng đƣờng chuẩn glucose Glucose(µl) 50 100 150 200 300 400 500 H2O(µl) 950 900 750 800 700 600 500 C(mg/ml) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.8 OD540 0.088 0.223 0.325 0.442 0.677 0.923 1.182 Lấy 300µl dung dịch vào ống nghiệm, thêm 600 µl thuốc thử DNS, lắc Đun sôi phút, làm nguội b ng nƣớc thƣờng Đo mật độ quang bƣớc sóng 540nm PHẠM THỊ PHÚC 62 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hình 26: Đồ thị đƣờng chuẩn Glucose PHẠM THỊ PHÚC 63 ... formic, Nguyên liệu bã mía lấy từ đề tài nghiên cứu sinh “ nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới trình phân đoạn lignocellulose bã mía nhằm mục đích thu cellulose nhằm sản xuất nguyên liệu sản xuất bioethanol”... êm dịu, sản phẩm phụ thân thiện với môi trƣờng Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên, lựa chọn đề tài luận án: '' Nghiên cứu thủy phân bã mía qua tiền xử lý cho mục tiêu sản xuất cồn nhiên liệu" ... HÀ NỘI CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu nhiên liệu sinh học 1.1.1 Nhiên liệu sinh học Nhiên liệu sinh học (còn đƣợc gọi nhiên liệu nông nghiệp – agrofuel) nhiên liệu rắn, lỏng hay khí