Nghiên cứu chuyển hóa phế thải nông nghiệp (rơm, rạ) chứa cellulose thành nhiên liệu sinh học bởi xúc tác sinh học trên cơ sở enzyme, vi sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI o0o -NGUYỄN BÁ KIÊN N Nghiên cứu chuyển hóa phế thải nông nghiệp (rơm, rạ) chứa cellulose thành nhiên liệu sinh học hệ xúc tác sinh học sở enzyme, vi sinh LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TSKH TRẦN ĐÌNH TOẠI HÀ NỘI - 2010 Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt luận văn này, suốt trình thực nhận quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình từ nhiều cá nhân tập thể Bằng lòng trân trọng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn: GS,TSKH Trần Đình Toại, người thầy tận tình hướng dẫn, bảo, thường xuyên động viên tạo điều kiện để hoàn thành luận văn tốt nghiệp TS Phạm Hồng Hải anh, chị cán Phòng Công nghệ Khai thác chế biến Tài nguyên thiên nhiên, Viện Hóa học Hợp chất thiên nhiên, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện, giúp đỡ nhiệt tình cho lời khuyên quý báu suốt thời gian làm nghiên cứu thực nghiệm phòng Lãnh đạo Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, TS Nguyễn Văn Chiến đồng nghiệp Phòng Phân tích Trung tâm nơi công tác tạo điều kiện thuận lợi để tham gia học tập thời gian qua trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hoàn thành luận văn Cuối xin cảm ơn gia đình, người thân bạn bè quan tâm, giúp đỡ, cổ vũ động viên suốt thời gian học tập vừa qua Hà Nội, ngày 21 tháng 10 năm 2010 Học viên Nguyễn Bá Kiên i Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày 21 tháng 10 năm 2010 Nguyễn Bá Kiên ii Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ATP Adenosine triphosphate ADP Adenosine diphosphate BSA Bovine serum albumine (Albumin huyết bò) CMC Carboxyl methyl cellulose DNS Axit dinitrosalicylic FID Flame Ionization Detector (Detector ion hóa lửa) PVA Polyvinyl alcohol SSF Simultaneous saccharification and fermentation (Đồng thời đường hóa lên men) OD Optical density (mật độ quang) YATP Hiệu suất tế bào theo ATP µ Tốc độ sinh trưởng riêng vi sinh vật µmax Tốc độ sinh trưởng cực đại vi sinh vật S Nồng độ chất KS Nồng độ dinh dưỡng giới hạn KP Hằng số ức chế sản phẩm Y(p/s) Hiệu suất tế bào theo sản phẩm Y(x/s) Hiệu suất tế bào theo chất qp Tốc độ riêng tạo sản phẩm qs Tốc độ riêng sử dụng chất sts2 Phương sai tái sinh sth2 Phương sai tương hợp g/l gam/lít iii Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Sản lượng ethanol giới Bảng 1.2 Thành phần hóa học phụ phẩm nông nghiệp 11 Bảng 1.3 Cellulose tinh khiết nguyên liệu 12 Bảng 1.4 Vi sinh vật phân huỷ lignocellulose (nuôi cấy được) 15 Bảng 1.5 Giá trị pH phát triển số vi sinh vật 23 Bảng 1.6 Nhiệt độ phát triển °C (°F) số vi sinh vật 26 Bảng 2.1 Các chủng vi sinh vật để thủy phân cellulose 30 Bảng 2.2 Các chủng vi sinh vật cho lên men ethanol 30 Bảng 2.3 Mật độ quang dãy dung dịch chuẩn Glucose theo pp Antron 38 Bảng 2.4 Mật độ quang dãy dung dịch chuẩn Glucose theo pp DNS 40 Bảng 2.5 Ma trận kế hoạch thực nghiệm 46 Bảng 2.6 Thí nghiệm tối ưu hóa thực nghiệm cho thủy phân cellulose 49 Bảng 3.1 Thành phần hóa học cellulose and hemicellulose số 52 giống lúa gieo trồng tỉnh phía Bắc Bảng 3.2 Thành phần hóa học cellulose and hemicellulose số 52 giống lúa gieo trồng tỉnh phía Bắc Trung Bộ Bảng 3.3 Thành phần đường số phụ phẩm lúa 53 Thiên hương 100 trồng Thái Bình Bảng 3.4 Thành phần đường số phụ phẩm lúa QU Trung 53 Quốc trồng Nghệ An Bảng 3.5 Thành phần dịch thủy phân acid hemicellulose 55 Bảng 3.6 Các chủng vi sinh vật Việt Nam lựa chọn để nghiên 58 cứu lên men ethanol Bảng 3.7 Các thông số động học trình lên men ethanol 58 chủng Saccharomyces cerevisiae (Trong nước) Bảng 3.8 Các thông số động học trình lên men ethanol chủng 59 Candida sp (Trong nước) iv Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Bảng 3.9 Nguyễn Bá Kiên Các thông số động học trình lên men ethanol chủng 59 Saccharomyces cerevisiae V 7028 (Nga) Bảng 3.10 Các thông số động học trình lên men ethanol chủng 59 Kluyveromyces sp (Trong nước) Bảng 3.11 So sánh thông số động học lên men chủng nấm men 62 Việt Nam Bảng 3.12 Các vi sinh vật Nga sử dụng nghiên cứu 64 Bảng 3.13 Các thông số động học trình lên men ethanol chủng 64 Klyuveromyces marxianus Bảng 3.14 Các thông số động học trình lên men ethanol chủng 65 Saccharomyces cerevisiae Т2 Bảng 3.15 So sánh thông số động học lên men chủng nấm men 68 Nga nghiên cứu Bảng 3.16 Nồng độ ATP nội tế bào chủng nấm men 72 Bảng 3.17 Ethanol thu 24 chuyển hóa glucose nhờ tế 73 bào nấm men cố định Bảng 3.18 Nồng độ АТP nội tế bào nấm men trước sau cố định 73 Bảng 3.19 Ethanol thu 24 chuyển hóa glucose nhờ tế 74 bào nấm men cố định sử dụng lại lần Bảng 3.20 Nồng độ АТP nội tế bào nấm men trước sau sử 74 dụng lại lần Bảng 3.21 Ethanol thu 24 chuyển hóa glucose nhờ tế 75 bào nấm men cố định sử dụng lại lần Bảng 3.22 Sự tạo thành glucose trình thủy phân cellulose 76 số chủng vi sinh vật Việt Nam Bảng 3.23 Hiệu suất thủy phân Cellulose chủng vi sinh 77 Bảng 3.24 Các chủng vi sinh vật để nghiên cứu ảnh hưởng pH 78 Bảng 3.25 Ảnh hưởng pH tới trình thuỷ phân nguyên liệu nấm 78 Aspergillus terreus v Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên Bảng 3.26 Ảnh hưởng pH tới trình thuỷ phân nguyên liệu vi 79 khuẩn C 32 Bảng 3.27 Ảnh hưởng pH tới trình thuỷ phân nguyên liệu vi 80 khuẩn T2 Bảng 3.28 Ảnh hưởng pH tới trình thuỷ phân nguyên liệu xạ 81 khuẩn 7P Bảng 3.29 Ảnh hưởng pH tới trình thuỷ phân nguyên liệu nấm 82 men Saccharomycetales Bảng 3.30 Sự tạo thành glucose trình thủy phân cellulose 83 A terreus nhiệt độ khác Bảng 3.31 Sự tạo thành glucose trình thủy phân cellulose vi 84 khuẩn C32 nhiệt độ khác Bảng 3.32 Sự tạo thành glucose trình thủy phân cellulose vi 85 khuẩn T2 nhiệt độ khác Bảng 3.33 Sự tạo thành glucose trình thủy phân cellulose xạ 86 khuẩn 7P nhiệt độ khác Bảng 3.34 Hiệu suất thủy phân cellulose chủng vi sinh pH = 5.0 88 450C Bảng 3.35 Glucose thu theo thay đổi hàm lượng cellulose 90 enzyme cellulase Bảng 3.36 Ma trận kế hoạch thực nghiệm kết 91 Bảng 3.37 Xác định giá trị tối ưu cho hàm lượng glucose nhận 94 vi Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Xu hướng sản xuất nhiên liệu sinh học giới Hình 1.2 Cấu trúc phân tử cellulose hemicellulose 13 Hình 1.3 Cấu trúc không đồng phân tử cellulose 14 Hình 1.4 Giả thiết chế thủy phân cellulose 18 Hình 1.5 Sơ đồ thiết bị thủy phân phương pháp axit Brazil 19 Hình 1.6 Các giai đoạn sinh trưởng vi sinh vật 20 Hình 1.7 Ảnh hưởng pH chủng vi sinh có pH tối ưu cho phát 25 triển 6,2 Hình 1.8 Ảnh hưởng nhiệt độ tới tốc độ sinh trưởng tương đối (%) 27 chủng vi sinh có nhiệt độ phát triển tối ưu 45-47 0C Hình 1.9 Sự biến đổi thành phần trình lên men ethanol 29 Hình 2.1 Dịch enzyme thô chủng nấm mốc A terreus sau 48h nuôi cấy 34 Hình 2.2 Dịch enzyme thô chủng vi khuẩn sau nuôi cấy 34 48 Hình 2.3 Dịch enzyme suốt chủng vi khuẩn C32, C36 34 Hình 2.4 Đồ thị đường chuẩn Glucose theo phương pháp antron 38 Hình 2.5 Đồ thị đường chuẩn Glucose theo phương pháp DNS 40 Hình 2.6 Máy UV-VIS Double Beam, Model UVD-3200 Labomed 41 Hình 2.7 Sự thay đổi màu trình chuẩn độ xác định ethanol 43 Hình 2.8 Đường chuẩn ethanol sắc ký khí 43 Hình 2.9 Máy sắc ký khí Hewlett Packard - 5890 GC-FID , Series II 43 Hình 2.10 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ 45 albumin chuẩn (BSA) Hình 3.1 Các mẫu rơm, rạ số giống lúa 51 Hình 3.2 Cellulose tách từ rơm 56 Hình 3.3 Hình ảnh hoạt lực cellulase số chủng vi sinh vật 57 Hình 3.4 Sự biến đổi thành phần trình lên men ethanol 60 vii Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên chủng Saccharomyces cerevisiae (Trong nước) Hình 3.5 Sự biến đổi thành phần trình lên men ethanol 60 chủng Candida sp (Trong nước) Hình 3.6 Sự biến đổi thành phần trình lên men ethanol 61 chủng Saccharomyces cerevisiae V 7028 (Nga) Hình 3.7 Sự biến đổi thành phần trình lên men ethanol 61 chủng Kluyveromyces sp (Trong nước) Hình 3.8 Sự biến đổi thành phần trình lên men ethanol 66 chủng Klyuveromyces marxianus (Nga) Hình 3.9 Sự biến đổi thành phần trình lên men ethanol 67 chủng Saccharomyces cerevisiae Т2 (Nga) Hình 3.10 Tế bào vi sinh cố định chất mang PVA 71 Hình 3.11 Động học thủy phân cellulose chủng vi sinh vật 76 Hình 3.12 Hiệu suất thủy phân cellulose thành glucose chủng vi 77 sinh Hình 3.13 Xác định giá trị pH tối ưu cho hoạt động thủy phân chủng 79 nấm Aspergillus terreus Hình 3.14 Xác định giá trị pH tối ưu cho hoạt động thủy phân 80 chủng vi khuẩn C 32 Hình 3.15 Xác định giá trị pH tối ưu cho hoạt động thủy phân chủng Vi 81 khuẩn T2 Hình 3.16 Xác định giá trị pH tối ưu cho hoạt động thủy phân chủng Xạ 82 khuẩn 7P Hình 3.17 Xác định giá trị pH tối ưu cho hoạt động thủy phân 83 chủng Nấm men Saccharomycetales Hình 3.18 Xác định giá trị nhiệt độ tối ưu cho hoạt động thủy phân 84 chủng A terreus Hình 3.19 Xác định giá trị nhiệt độ tối ưu cho hoạt động thủy phân 85 chủng Vi khuẩn C 32 viii Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên Hình 3.20 Xác định giá trị nhiệt độ tối ưu cho hoạt động thủy phân 86 chủng Vi khuẩn C 32 Hình 3.21 Xác định giá trị nhiệt độ tối ưu cho hoạt động thủy phân 87 chủng Xạ khuẩn 7P Hình 3.22 Động học thủy phân cellulose chủng vi sinh 88 pH = 5.0 450C Hình 3.23 Hiệu suất thủy phân cellulose chủng vi sinh pH = 5.0 450C 89 Hình 3.24 Tốc độ thủy phân cellulose chủng vi sinh pH = 5.0 450C 89 Hình 3.25 Đồ thị xác định giá trị tối ưu glucose thu từ trình 95 thủy phân cellulose ix Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên dễ dàng đưa dạng thông thường : yˆ = b0 + b1 x1 + b2 x + b12 x1 x + b11 x12 + b22 x 22 (3.3) b0 = b0' − b11 x12 − b22 x 22 (3.4) với Các hệ số phương trình (3.2) xác định sau: N ∑x bj = i =1 N ji yi (3.5) ∑ x 2ji i =1 phương sai hệ số s = bj sts2 (3.6) N ∑ x 2ji i =1 Theo kết tính toán ta có: Hệ số bj b0’=8,961 số xác Sb0=0,0378 định Sbj Giá trị tbj b1=4,459 b2=0,215 Sb1=Sb2=0,0463 tb0=236,84 tb1=96,24 tb2=4,63 b12=0,095 Sb12=0,0567 tb12=1,67 b11=0,307 b22=0,05 Sb11= Sb22 = 0,0802 tb11=3,83 tb22=0,62 Chuẩn số Student tra bảng: tp(f) = t0,05 (2) = 4,3 Chỉ tbj > 4,3 có nghĩa tức là: b0 = b’0= 8,961 b1= 4,459 b2= 0,251 ta có phương trình hồi quy: ŷ = 8,961+ 4,459x1 + 0,215x2 92 (3.7) Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên Theo (7) tính giá trị yˆ i đưa vào bảng Phương sai tương hợp: N sth2 = ∑ (y − yˆ i ) i (3.8) N −l N = l = (số hệ số có nghĩa phương trình hồi quy) sth2 = 0,0494 Ta tính sth2 0,0494 = 3,836 F= = sts 0,0129 Giá trị tra bảng Fp (f1, f2)= F0,05 (6, 2) = 19,2 F < Fp (f1, f2) Vậy phương trình tương hợp Chuyển phương trình (3.7) từ dạng biến mã hóa biến thực sở sử dụng công thức mã hóa xj = z j − z 0j ∆z j (3.9) Ta được: ŷ = 0,176+ 6,37z1 + 0,072z2 (3.10) Căn vào (3.7) yˆ max = 13,635 Xem giá trị thực nghiệm 93 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên Ta có nhận xét sau: Hai yếu tố hàm lượng cellulose nồng độ enzyme ảnh hưởng đến hiệu suất trình thủy phân glucose, ảnh hưởng hàm lượng cellulose (yếu tố 1) mạnh ( theo giá trị hệ số thuộc yếu tố so với hệ số yếu tố thứ 2) Theo phương trình (3.7), cần làm tiếp thí nghiệm, theo hướng tăng x1 x2 tức hàm lượng cellulose nồng độ enzyme Kết thí nghiệm để chọn giá trị y cực đại sau: TN z1(g cellulose) z2 (ml enzyme) y (CGlucose mg/ml) 1* 2,3 14 15,388 2* 2,5 15 15,867 3* 2,6 15 15,821 Ở thí nghiệm 2* ta nhận hiệu suất cao ymax = 15,867 mg/ml Chọn số liệu: Từ quy hoạch thực nghiệm thí nghiệm bổ sung để vẽ đồ thị ta có bảng 3.37 Bảng 3.37 Xác định giá trị tối ưu cho hàm lượng glucose nhận TT z1 z2 y 0,6 10 4,765 1,3 10 8,863 1,65 8,5 11,279 2.0 10 13,849 2,3 14 15,388 2,5 15 15,867 (7*) 2,6 15 15.821 94 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên Ta chọn giá trị tối ưu là: ymax = 15,876 thí nghiệm số bảng 3.37 y 7* 16 12 y 0 0.5 1.5 2.5 z1 Hình 3.25 Đồ thị xác định giá trị tối ưu glucose thu từ trình thủy phân cellulose 95 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu, rút kết luận sau đây: 1- Đã khảo sát thành phần polysaccharide số giống lúa gieo trồng số tỉnh phía Bắc, phía Bắc Trung Bộ cho thấy, lượng chứa cellulose rơm, rạ có giá trị từ 38% đến 43%; lượng chứa hemicellulose có giá trị từ 25% đến 28 % Ngoài khảo sát hàm lượng đường tổng đường khử không khử phế thải 2- Đã lựa chọn chủng Xạ khuẩn 2P, 7P chủng Vi khuẩn C32, C36, T2, VK 424 (từ cacao), Việt Nam có khả phân giải rơm, rạ thành sản phẩm trung gian tan Khảo sát trình lên men ethanol cho thấy chủng nấm men Candida sp Saccharomyces cerevisiae V 7028 có thông số động học lên men quan trọng “Nồng độ ethanol cực đại (g/l)” đạt giá trị cao 91,2 87,1 g/l; đồng thời hiệu suất tế bào theo ATP (YATP ) hai chủng đạt 2,79 2,84 x 108 (mol/g protein) 3- Đã chế tạo chất xúc tác sinh học để lên men ethanol (chuyển hóa glucose thành ethanol) sở tế bào nấm men ưa nhiệt cố định PVA Những kết lên men ethanol chứng minh rằng, qua chu kỳ sử dụng, tế bào cố định trì khả sống cao, sử dụng hạt xúc tác lên men chuyển hóa glucose thành ethanol 4- Nghiên cứu trình thuỷ phân nguyên liệu tạo thành sản phẩm trung gian hòa tan Từ kết thu cho thấy: Vi khuẩn C32; Xạ khuẩn 7P; Nấm A terreus cho hiệu suất thủy phân cao, tương ứng với giá trị: 41,0; 39,0; 45,5 Trong nấm A terreus cho hiệu suất thủy phân A (%) cao 5- Khảo sát ảnh hưởng pH tới trình thuỷ phân nguyên liệu tạo thành sản phẩm trung gian hòa tan, cho thấy rằng, pH tối ưu cho hoạt động thủy phân 96 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên chủng vi sinh nghiên cứu nằm khoảng từ 4,5 đến 6,0: Đối với chủng Aspergillus terreus (4,9- 5,1), xạ khuẩn 7P (4,9- 5,1), vi khuẩn T2 (4,9-5,2), vi khuẩn C32 (4,4-4,6), nấm men Saccharomycetales (5,4- 5,6) 6- Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tới trình thuỷ phân nguyên liệu tạo thành sản phẩm trung gian hòa tan cho thấy nhiệt độ tối ưu chủng vi sinh thủy phân cellulose thành glucose khoảng từ (43oC - 47oC): Vi khuẩn C 32 (43oC- 45oC); Vi khuẩn T2 (42oC- 45oC); Nấm Aspergillus terreus (45oC- 47oC); Xạ khuẩn 7P (42oC- 45oC) 7- Nghiên cứu tối ưu hóa trình thuỷ phân nguyên liệu, tìm phương trình hồi quy mô tả hiệu thủy phân (biểu thị qua nồng độ glucose ) phụ thuộc vào thành phần tham gia thủy phân: hàm lượng cellulose (x1), nồng độ enzyme cellulase (x2) (ổn định nhiệt độ 45oC, pH = 5,0) có dạng: ŷ = 8,961 + 4,495x1 + 0,215x2 97 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (1997), Vi sinh vật, học, NXB Giáo dục, Hà Nội Phạm Hồng Hải, Ngô Kim Chi (2007), Xử lý số liệu quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu hóa học, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ, Hà Nội Nguyễn Đức Lượng, Phan Thị Huyền, Nguyễn Ánh Tuyết (2006), Thí nghiệm công nghệ sinh học – Tập 2, NXB Đại học Quốc gia, TP Hồ Chí Minh Trần Đình Toại, Nguyễn Thị Vân Hải (2005), Động học trình xúc tác sinh học, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Theo báo Đất Việt: Tuyết Hoàn- Cập nhật lúc: 8:55 AM, 03/10/2009 Tiếng Anh Atalla R.H., Isogai A (2010),“Celluloses”, Comprehensive Natural Products II, Chapter 6.16, Pages 493-539 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 Thermoanaerobacter of a thermohydrosulfuricus new CO-utilizing subsp strain, carboxydovorans, isolated from a geothermal spring in Turkey”, Extremophiles 13(6), Pages 885–894 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 Blumbergs J E (2004), Biological method for ethanol determination, Acta Biotechnologica, Volume 6, Issue 1, Pages 63- 68, Published Online: Feb 98 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ 10 Nguyễn Bá Kiên Brazilian Energy Balance (2007), Executive Summary (English), Ministorio de Minas e Energia Brasil 11 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 12 Brylev N., Adylov D K., Tukhtaeva G G., Kamal'dinova N A., Abidova L D and Rakhimov D.A (2001), “Polysaccharides of Rice Straw”, Chemistry of Natural Compounds, Volume 37( ), pp 569-570 13 Cellulose (2008), In Encyclopedia Britannica, Retrieved January 11, 2008, from Encyclopedia Britannica Online 14 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 15 Das D B., Mitra M K , Wareham J F (1954), “ Structure of Cotton AlphaCellulose”, Nature 174, 1058 – 1059 16 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 17 Demain A L., Newcomb M., Wu J H D (2005), Cellulase, Clostridia, and Ethanol, Microbiol Mol Biol Rev 69: 124-154 18 Dieter K., Heublein B., Fink H-P., Bohn A (2005), "Cellulose: Fascinating Biopolymer and Sustainable Raw Material", ChemInform 36 (36) 19 Doi R H (2008), Cellulases of Mesophilic Microorganisms: Cellulosome and Noncellulosome Producers, Ann N Y Acad Sci 1125: 267-279 20 Dubois M., Gilles K.A., Hamilton J.K., Rebers P.A & Smith F (1956), Colorimetric method for determination of sugars, and related substances”, AnalyticalChemistry, 28: 350-356 21 Elifantz H., Malmstrom R R., Cottrell M T., Kirchman D L (2005), “Assimilation of Polysaccharides and Glucose by Major Bacterial Groups in 99 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên the Delaware Estuary”, Appl Environ Microbiol 71, Pages 7799-7805 22 F.O.Licht "2008 World Fuel Ethanol Production".Renewable Fuels Association http://www.ethanolrfa.org/resource/facts/trade/ 23 Fukamizo T., Hayashi K., Tamoi M., Fujimura Y., Kurotaki H., Kulminskaya A., Kitaoka M (2008), “Enzymatic hydrolysis of 1,3-1,4-βglucosyl oligosaccharides by 1,3-1,4-β-glucanase from Synechocystis PCC6803: A comparison with assays using polymer and chromophoric oligosaccharide substrates”, Archives of Biochemistry and Biophysics, Volume 478, Issue 2, Pages 187-194 24 Hon D.N.S (2008), “Cellulose: Chemistry and Technology”, Encyclopedia of Materials: Science and Technology, Pages 1039-1045 25 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 26 Jill A M (2009), et al., "A Contemporary Microbially Maintained Subglacial Ferrous 'Ocean' " Science, 324, 397 27 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 28 Karnitis L , Porter L J (1972), “A Gas Chromatographic Method for Ethanol Determination in Vapors of Biological Fluids”, Journal of Forensic Sciences, Volume 17, Issue 29 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 Trisaccharide, 6-O-.ALPHA.-D-Galactopyranosyl Trehalose”, Biosci Bioeng, Volume 101(5), Pages 385-390 30 Klyosov A.A., Berezin I.V (1981), “The Enzymatic Conversion of Cellulose to Glucose: Kinetics and Mechanism of Action of the Cellulase Complex”, 100 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên Cellulases of Microorganisms, Pages 73-82, Наука, Moscow 31 Klyosov A.A., Churilova I.V (1980), “Hydrolysis of Microcrystalline Cellulose by Multienzyme Cellulase Complexes of Various Origin”, Биохимия, 45, Pages 1685-1695 32 Kublanov I.V., Prokofeva M.I., Kostrinkina N.A., Kolganova T.V., Tourova T.P., Wiegel J and “Thermoanaerobacterium Bonch-Osmolovskaya aciditolerans sp nov., E.A a (2007), moderate thermoacidophile from a Kamchatka hot spring”, Int J Syst Evol Microbiol, 57, 260-264 33 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 34 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 35 Linko M (1977), “An era of enzymatic hydrolysis of cellulosic materials”, Adv Biochem Eng, 5: 251 36 Liu C-F., Sun R-C (2010), Cereal Straw as a Resource for Sustainable Biomaterials and Biofuels, Elsevier :Publisher 37 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 38 Lorenz A J., Coors J G., de Leon N., Wolfrum E J., Hames B R., Sluiter A D., Weimer P J (2009), “Characterization, Genetic Variation, and Combining Ability of Maize Traits Relevant to the Production of Cellulosic Ethanol”, Crop Sci 49: 85-98 39 Lowry O H., Rosebrough N J., Farr A L., and Randall R J.( 1951), “Protein measurement with the Folin phenol reagent ”, J Biol Chem 193: 265-275 101 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ 40 Nguyễn Bá Kiên Lu Y and Mosier N.S (2007), “Biomimetic Catalysis for Hemicellulose Hydrolysis in Corn Stover ”, Biotechnol Prog 23 (1), 116 -123 41 Michael U U and Roland S O (2005), “Effect of Humidity on the Disintegrant Property of α-Cellulose”, Part II : A Technical Note Pharm Sci Tech., 06 (01) : E31 - E34 42 Miller G.L (1959), “ Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar ”, Anal Chem 3, pp 426-428 43 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 alphaglucosidase assay for high-throughput screening”, Anal Biochem 390(1), 79-84 44 Murata Y (2006), "Genome-wide expression analysis of yeast response during exposure to 4C," Extremophiles 10, pp 117–128 45 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 46 Natércia B., Cerqueira N M F S A., Fernandes P A., Ramos M J (2008), "Carbohydrate Binding Modules from family 11: Understanding the binding mode of polysaccharides", International Journal of Quantum Chemistry 108 (11) 47 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 48 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: 24832490 49 Pessoa A J R., Mancilha I.M., Sato S.(1997), ”Acid Hydrolysis of hemicellulose from sugarcane bagasse ”, Braz J Chem Eng vol 14 no 102 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ 50 Nguyễn Bá Kiên Peters J and Thielmann S.(2008), Promoting Biofuels: Implications for Developing Countries, Ruhr Economic Papers #38 51 Rajoka M I (2005), “Double Mutants of Cellulomonas biazotea for Production of Cellulases and Hemicellulases following Growth on Straw of a Perennial Grass” , World Journal of Microbiology and Biotechnology 21(67):1063 52 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 27082712 53 Rose Marie Garay M., Mónica Rallo de la B., René Carmona C., y Jaime Araya C.(2009), “Characterization of Anatomical, Chemical, and Biodegradable Properties of Fibers from Corn, Wheat, and Rice Residues” , Chilean J Agric Res V.69, N.3, 406-415 54 Schmer M.R., Vogel K.P., Mitchell R.B., Perrin R.K (2007) Net energy of cellulosic ethanol from switchgrass U.S Dept of Agrigulture 55 Schwarz W H (2001), “The cellulosome and cellulose degradation by anaerobic bacteria”, Applied Microbiology and Biotechnology , Volume 56, Numbers 5-6 , 634-649 56 Sheehan K.B., Patterson D J., Dicks B L., and Henson J.M (2006) The Microbes of Yellowstone The Globe Pequot Press http://www.globepequot.com/globepequot/index.cfm? 57 Shigechi H., Koh J., Fujita Y., Matsumoto T., Bito Y., Ueda M., Satoh E., Fukuda H., and Kondo A.( 2004), “Direct Production of Ethanol from Raw Corn Starch via Fermentation by Use of a Novel Surface-Engineered Yeast Strain Codisplaying Glucoamylase and α-Amylase”, Appl Environ Microbiol, V 70, N 8, pp 5037–5040 58 Shindo S., Sato Y., Hioki S and Ito A (2007), “Simultaneous 103 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên saccharification and bioethanol production from powder of Japanese cedar (Cryptomeria japonica)”, Journal of Biotechnology V 131, Issue 2, Supplement 1, pp S23-S24 59 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 60 Science Outreach Programme University of Canterbury (2007), Determination of Ethanol by Redox Titration with Potassium Dichromate, University of Canterbury - Christchurch, New Zealand 61 Taherzadeh M J., Karimi K (2007), Acid-based hydrolysis processes for ethanol from lignocellulosic materials, A review BioResources, 2(3), pp 472499 62 The World Wildlife Fund (2007) “Natural Wonder of the World Transformed within Hours, says World Wildlife Fund”, Earthtimes.org, http://www.earthtimes.org/articles/show/news_press_release,116385.shtml 63 Tsai S-L., Oh J., Singh S., Chen R., and Chen W (2009), Functional assembly of mini-cellulosomes on the yeast surface for cellulose hydrolysis and ethanol production, Appl Environ Microbiol, 1,538-09 64 Tsao G.T., Ladisch M R., Bose A.( 1979), Acid hydrolysis of cellulose to yield glucose, United States Patent 4174976 Publication 65 Volkov Y., Lunina N A., Berezina O V., Velikodvorskaya G A and Zverlov V.V.(2005), “Thermoanaerobacter ethanolicus Gene Cluster Containing the α- and β-Galactosidase Genes melA and lacA and Properties of Recombinant LacA”, Molecular Biology, Volume 39, Number 6, 799-805 66 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 67 Yamamoto T., Mukai K., Yamashita H., Kubota M., Fukuda S., Kurimoto M., Tsujisaka Y (2005), “Enhancement of Thermostability of Kojibiose 104 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên Phosphorylase from Thermoanaerobacter brockii ATCC35047 by Random Mutagenesis” Journal of Bioscience and Bioengineering, 100(2), pp.212215 68 Yoshiharu N., Paul L., Henri C (2002), "Crystal Structure and HydrogenBonding System in Cellulose Iβ from Synchrotron X-ray and Neutron Fiber Diffraction", J Am Chem Soc, 124(31), pp 9074–82 69 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 70 Zhou Y., Stuart-Williams H., Farquhar G.D., Hocart C.H.( 2010), “The use of natural abundance stable isotopic ratios to indicate the presence of oxygen-containing chemical linkages between cellulose and lignin in plant cell walls”, Phytochemistry, Volume 71, Issues 8-9, pp 982-993 71 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 Tiếng Nga 72 Ахназарова С Л., Кафаров В В (1978), Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии Изд “Высшая школа”, Москва 73 Коломиец Э И., Лобанок А Г.(2007), Микробные биотехнологии: Фундаментальные и прикладные аспекты Минск 74 Мешковa Н.П., Севeрин С.Е.(1979), Практикум по биохимии, Издательство Московского Университета, 87- 88 105 Trường ĐHBK Hà Nội Luận văn thạc sĩ Nguyễn Bá Kiên PHỤ LỤC Kết tính toán xử lý số liệu theo ngôn ngữ thuật toán FORTRAN để tìm phương trình hồi quy tối ưu hóa trình thuỷ phân cellulose tạo thành glucose 106 Trường ĐHBK Hà Nội ... xuất nhiên liệu sinh học từ phế thải nông nghiệp (rơm, rạ) đường tối ưu để giải nhiệm vụ lượng tình hình Quy trình công nghệ sinh học sản xuất nhiên liệu sinh học từ phế thải nông nghiệp (rơm, rạ), ... nguồn nguyên liệu (rơm, rạ - phế thải nông nghiệp Vi t Nam) để nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học (ethanol) 2- Nghiên cứu tuyển chọn chủng vi sinh để thủy phân nguyên liệu chủng vi sinh để lên... phế thải để sản xuất diezen sinh học Nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học (Thế hệ II) từ sinh khối tiến hành từ cuối kỷ trước Sang kỷ này, vi c nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học từ sinh