THỬ NGHIỆM sản XUẤT ETHANOL từ vỏ XOÀI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT ETHANOL TỪ VỎ XOÀI CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS NGÔ THỊ PHƯƠNG DUNG DƯƠNG THỊ THANH XUÂN MSSV: 5085861 LỚP: CNSHTT K34 Cần Thơ, tháng 05/2013 Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT PHẦN KÝ DUYỆT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN Ngô Thị Phương Dung Dương Thị Thanh Xuân DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày tháng 05 năm 2013 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Chuyên ngành Công nghệ Sinh học i Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học, Q Thầy Cơ tận tình giảng dạy thời gian học tập vừa qua Xin đư c ày t ng i t ơn âu c c a đ n Ngơ Thị Phương Dung tận tình hư ng d n, gi p đ tạo điều kiện tốt để thực đề tài nghiên cứu Xin gửi ời cảm ơn chân thành đ n thầy Nguyễn Hữu Hiệp, ph ng thí nghiệm Vi inh vật, Viện Nghiên cứu Phát triển Công Nghệ Sinh Học, cố vấn học tập, người dìu d t, ảo cho tơi từ ngày c vào giảng đường đại học Xin chân thành cảm ơn anh Hu nh Xuân Phong, anh Nguyễn Ngọc Thạnh anh Phạm H ng Quang – cán cán ph ng thí ghiệm Cơng nghệ Sinh học Thực ph m, anh chị ph ng thí nghiệm c a Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học h tr , đ ng g p ý ki n tạo điều kiện thuận i để thực đề tài Xin ghi ơn gia đình tất ạn è đ ng viên, gi p đ uốt thời gian qua Kính ch c Q Thầy Cơ đư c nhiều ức kh e, thành đạt nhiều ĩnh vực uôn c cống hi n quý áu cho ự nghiệp giáo dục đào tạo Xin chân thành cảm ơn! Dương Thị Thanh Xuân Chuyên ngành Công nghệ Sinh học ii Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT TĨM LƯỢC Ngày nay, hợp chất lignocellulose ngày ứng dụng lĩnh vực công nghệ sinh học đặc tính rẻ tiền, phục hồi nguồn nguyên liệu tạo đường dồi Quá trình tạo nhiên liệu hợp chất khác cần có tham gia phản ứng thủy phân polysaccharide thành đường đơn sau lên men thành ethanol Đề tài nhằm khảo sát khả sản xuất ethanol từ vỏ xoài để tận dụng nguồn phế phẩm góp phần xử lý mơi trường Nội dung thực gồm có: khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2SO4, nhiệt độ thời gian đến trình thủy phân vỏ xồi, nghiên cứu ảnh hưởng mật số tế bào nấm men pH đến khả lên men, xác định thời gian nhiệt độ thích hợp cho trình lên men ethanol Kết nghiên cứu cho thấy vỏ xoài thủy phân với nồng độ H2SO4 3% 121oC hàm lượng đường khử sinh 8,49% (w/v) Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men cho thấy điều kiện thích hợp cho lên men ethanol từ dịch thủy phân vỏ xoài mật số tế bào nấm men 105 tb/mL pH 5,5 Thời gian lên men ngày nhiệt độ 30oC cho kết độ cồn 3,08% (v/v) Từ khóa: ethanol, lên men, Saccharomyces cerevisiae, thủy phân, vỏ xồi Chuyên ngành Công nghệ Sinh học iii Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT MỤC LỤC Trang PHẦN KÝ DUYỆT i LỜI CẢM TẠ ii TÓM LƯỢC iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH BẢNG vi DANH SÁCH HÌNH vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Sơ c xoài 2.2 Sản xuất ethano từ nguyên iệu chứa ce u o e 2.3 Nấm men 2.4 Lên men ethanol 13 CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 3.1 Phương tiện nghiên cứu 18 3.2 Phương pháp nghiên cứu 19 3.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu vỏ xoài 19 3.2.2 Thủy phân vỏ xoài thành dịch đường 19 3.2.2.1 Khảo át ảnh hưởng c a n ng đ H2SO4 19 3.2.2.2 Khảo át ảnh hưởng c a nhiệt đ thời gian 20 3.2.3 Lên men ethanol với dòng nấm men Saccharomyces cerevisiae 20 3.2.3.1 Khảo át ảnh hưởng c a mật ố giống ch ng 20 3.2.3.2 Khảo át ảnh hưởng c a pH đ n trình ên men 21 3.2.3.3 Khảo át ảnh hưởng c a nhiệt đ thời gian 21 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 4.1 Thủy phân vỏ xoài thành dịch đường 23 4.1.1 Ảnh hưởng c a n ng đ H2SO4 đ n trình th y phân 23 4.1.2 Ảnh hưởng c a nhiệt đ thời gian đ n trình th y phân 24 Chun ngành Cơng nghệ Sinh học iv Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT 4.2 Lên men ethanol với dòng nấm men Saccharomyces cerevisiae 27 4.2.1 Ảnh hưởng c a mật ố giống ch ng 27 4.2.2 Ảnh hưởng c a pH đ n trình ên men 28 4.2.3 Ảnh hưởng c a nhiệt đ thời gian đ n trình ên men 29 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 31 5.1 Kết luận 31 5.2 Đề nghị 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 PHỤ LUC Phụ ục hình ảnh Số iệu thí nghiệm K t thống kê Các phương pháp phân tích Chun ngành Cơng nghệ Sinh học v Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT DANH SÁCH BẢNG Trang Bảng Thành phần h a học c a nấm men Bảng Sự diện ứng dụng c a nấm men m t ố thực ph m, thức uống c c n ản ph m ên men 12 Bảng Ảnh hưởng c a n ng đ acid H2SO4 đ n trình th y phân 24 Bảng Ảnh hưởng c a nhiệt thời gian đ n q trình th y phân 25 Bảng Ảnh hưởng c a mật ố nấm men đ n trình ên men 27 Bảng Ảnh hưởng c a pH đ n trình ên men 28 Bảng Ảnh hưởng c a nhiệt đ thời gian ên men ên đ c n 30 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học vi Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT DANH SÁCH HÌNH Trang Hình T nấm men quan át dư i kính hiển vi điện tử Hình Cơ ch phân h y đường t Chuyên ngành Công nghệ Sinh học nấm men 15 vii Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DNS Dinitrosalicylic OD Mật đ quang v/v Thể tích/Thể tích w/v khối ng/thể tích YPG: Yeast extract-Potato-Glucose Chuyên ngành Công nghệ Sinh học viii Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Ethano m t h p chất hữu c nhiều ứng dụng đời ống công nghiệp Tùy theo n ng đ , n đư c dụng thức uống, chất át trùng, chất chống đông, chất ức ch , dung môi m t chất trung gian ản xuất h a chất aceta dehyde, acid acetic, ethy acetate, ethy acry ate, ethy amine, ethy ch oride g yco ether Bên cạnh đ , ethano c n nguyên iệu thô ch y u trình ản xuất dư c ph m, nhựa, ơn mài, nư c hoa mỹ ph m Hiện nay, nhu cầu ethano công nghiệp v i đ tinh ạch cao ngày cấp thi t, ởi ethano đư c chứng minh m t oại nhiên iệu inh học c tiềm thay th ngu n nhiên iệu h a thạch dần cạn kiệt (A fenore et a , 2002) C thể pha tr n h p ý m t ng vừa phải ethano v i xăng để àm nhiên iệu nhằm tăng tính thân thiện v i mơi trường đ ng thời hạ giá thành Việc ản xuất ethano từ trình ên men chịu ảnh hưởng đáng kể c a giá thành nguyên iệu, m t nửa chi phí ản xuất (C a en et a , 1999) Để giảm chi phí ản xuất việc tận dụng ngu n nguyên iệu rẻ tiền từ ph ph m nông nghiệp giải pháp đư c quan tâm Hầu h t ph ph m từ trái cây, rau au trình ch i n c tính thời vụ khơng đư c phân h y nhanh ch ng, gây nhiễm mơi trường Xồi đư c xem m t oại trái đư c ưu chu ng th gi i ởi màu xuất xoài c hấp d n, mùi vị thơm ngon giá trị dinh dư ng cao Các nư c ản n th gi i (trên triệu tấn/năm) Ấn Đ , Trung Quốc, Thái Lan, Mexico, Paki tan, Indone ia Sản ng xoài c a nư c chi m 78% ản ng xoài th gi i c ảnh hưởng n đ n thị trường xoài th gi i Việt Nam thu c nh m 20 nư c ản xuất xoài c tiềm c a th gi i, ản ng xoài c a Việt Nam năm 2003 đạt 306 ngàn diện tích khoảng 53.600 (Đ Minh Hiền et a , 2006) Xồi khơng đư c dụng m t oại trái tươi mà c n đư c ch i n thành nhiều oại ản ph m khác D đ , vài triệu ph ph m từ xoài đư c tạo hàng năm từ nhà máy Trong trình ản xuất, v xồi ph ph m chính, chi m khoảng 15 - 20% thành phần đư c thải ngồi mơi trường khơng c Chuyên ngành Công nghệ Sinh học Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT 30 phút Ch ng giống nấm men v i mật ố khảo sát Đậy kín bình ằng water-lock ti n hành lên men điều kiện nhiệt đ thời gian lên men theo ố trí thí nghiệm - Theo dõi tiêu: đ Brix, pH xác định đ rư u (ở 20oC) sau lên men ằng phương pháp chưng cất Xử lý thống kê ằng chương trình STATGRAPHICS Plus v3.0 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 22 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Thủy phân vỏ xoài thành dịch đường 4.1.1 Ảnh hưởng nồng độ H2SO4 đến trình thủy phân K t cho thấy n ng đ acid ảnh hưởng n đ n phản ứng th y phân h p chất ignoce u o e, thể ng đường khử đư c tạo thành tăng nhanh theo n ng đ acid (Bảng 3) Hoạt đ ng x c tác tỷ ệ thuận v i n ng đ ion H+ Càng nhiều ion H+ đư c hình thành dung dịch trình th y phân xảy nhanh (Mosier et al., 2002) Vì vậy, việc phá v iên k t g uco ic diễn nhanh, gi p trình chuyển h a hemice u o e thành xy o e xảy mạnh Dư i điều kiện n ng đ acid cao, thành phần ce u o e ị phá v g uco e hoạt đ ng m t chất x c tác nên v i n ng đ cao đư c hình thành Acid tăng tốc đ phản ứng tạo hàm ng đường khử cao Sau 15 ph t th y phân, ng đường khử c giá trị cao (7,74%) n ng đ H2SO4 4%, ti p đ n (7,61%) n ng đ H2SO4 3%, au đ 2%, 1% thấp (6,14%) n ng đ H2SO4 0,5% K t đo đ Brix cho thấy hàm ng chất h a tan dịch th y phân tăng theo giá trị n ng đ H 2SO4 Ở n ng đ acid cao cho giá trị đ Brix cao ngư c ại Cụ thể n ng đ acid 4%, ản ph m th y phân c đ Brix cao (11,7oBrix) đ Brix thấp 6,5 th y phân v i 0,5% acid Việc ựa chọn n ng đ acid thích h p cho q trình th y phân c ý nghĩa n ảnh hưởng đ n hiệu ản xuất ethano từ v xoài Ở n ng đ acid thấp (0,5%), hiệu th y phân thấp Ngư c ại, n ng đ acid cao (4%) trình th y phân diễn mạnh ethano tốn h a chất gây kh khăn cho trình trung h a để ên men au K t thống kê giá trị trung ình au ần ặp ại cho thấy hàm ng đường khử inh đư c xử ý v i H2SO4 3% 4% khơng có khác biệt ý nghĩa (tương ứng 7,61% 7,74%) Do vậy, n ng đ acid 3% đư c xem thích h p cho trình th y phân h p chất hydrocar on v xồi Chun ngành Cơng nghệ Sinh học 23 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT Bảng Ảnh hưởng nồng độ acid H2SO4 đến trình thủy phân Nồng độ acid H2SO4 CV (%) 0,5% 1% 2% 3% 4% 6,14c 6,21bc 6,47b 7,61a 7,74a 6,5 7,5 8,7 11,2 11,7 Hàm lư ng đường khử 1,75 (%) Độ Brix *Ghi chú: Các trị trung bình hàng theo sau có m u tự giống thể khác biệt khơng có ý nghĩa thống kê độ tin cậy 95% 4.1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến trình thủy phân K t nghiên cứu ảnh hưởng c a nhiệt đ thời gian đ n phản ứng th y phân h p chất lignocellulose đư c trình ày Bảng Hàm ng đường khử thu đư c tăng dần theo nhiệt đ th y phân Theo Kim (1999), nhiệt đ đ ng vai tr quan trọng tốc đ phản ứng th y phân ằng acid Dựa vào phương trình Arrheniu , nhiệt đ cao phản ứng xảy nhanh Theo nghiên cứu c a Xiang et al., ự phá v iên k t hydrogen thành phần hemice u o e ce u o e diễn nhanh ch ng gia tăng nhiệt đ Ở nhiệt đ thấp (30 - 90oC) q trình th y phân v xồi diễn chậm o v i thực nhiệt đ cao (100 - 121oC) Cụ thể, hàm ng đường thu đư c tăng gần gấp đư c th y phân nhiệt đ cao từ 100 - 121oC (khoảng 8%) o v i th y phân mức nhiệt đ thấp Theo Girio et al (2010), nhiệt đ thích h p cho trình th y phân hemice u o e ằng acid sulphuric acid hydroch oric khoảng 121 - 160oC Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 24 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến trình thủy phân Nhiệt độ thủy phân (oC) Thời gian thủy phân Hàm lư ng đường khử sau thủy phân (%) Độ Brix sau thủy phân 15 phút 1,84l 5,0 30 phút 3,54 l 6,17 4,07k 6,33 4,10k 6,33 4,33k 7,17 15 phút 3,29l 6,17 30 phút 3,33l 6,83 4,02k 7,0 4,18 k 7,67 4,42ik 8,17 15 phút 4,83hi 7,83 30 phút 5,07gh 8,17 de 8,17 Nhiệt đ ph ng 60oC o 6,17 5,85def 9,0 5,50fg 9,17 15 phút 5,76ef 9,33 30 phút 6,22 d 9,83 7,25c 9,83 7,67bc 10.17 8,03b 10,33 15 phút 7,53c 10,83 30 phút 7,58c 11,33 8,49a 12,17 8,53 a 12,33 8,58 a 12,5 90 C 100oC 121oC CV (%) 3,69 *Ghi chú: Các trị trung bình cột theo sau có m u tự giống thể khác biệt khơng có ý nghĩa thống kê độ tin cậy 95% Thời gian th y phân kéo dài g p phần làm ng đường khử tăng ên đáng kể Theo k t Bảng 4, tất nghiệm thức ng đường khử au th y phân tăng khác iệt c ý nghĩa so v i mức thời gian 15 30 ph t Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 25 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT ti p tục tăng nhiệt đ au ng đường khử tăng ên khác iệt không đáng kể Cụ thể phản ứng xảy mạnh 121oC giờ, ứng v i ng đường khử tạo thành 8,49%, au đ hàm ng đường khử tăng lên không khác iệt c ý nghĩa (8,53% au 8,58% au giờ) Hàm ng chất h a tan tổng dịch th y phân tăng theo nhiệt đ thời gian th y phân Đ Brix cao đạt đư c 12,5% th y phân v xoài nhiệt đ thời gian cao (121oC giờ), mức nhiệt đ thấp 100oC đ Brix dao đ ng khoảng - 9,17% Như phản ứng th y phân h p chất ignoce u ose v xoài xảy mạnh 121oC thời gian khoảng 60 ph t c a trình xử ý m u Để đạt hiệu uất cao c a trình th y phân c thể trì phản ứng thời gian dài Tuy nhiên tiêu tốn nhiều thời gian cho trình xử ý m u, nên àm giảm hiệu c a trình ản xuất Đ ng thời, theo Lenihan et a , (2011), th y phân nhiệt đ cao thời gian kéo dài c thể àm cho mono accharide phân h y thành chất khơng mong muốn, c khả ức ch q trình ên men au đ furfural, hydroxylmethylfurfural-HMF, acid acetic, acid levulinic, acid formic, acid uronic, acid vanillic, phenol, cinnamaldehyde, formaldehyde,… Do tốt c thể ựa chọn thời gian xử ý m u 60 ph t để c thể đạt đư c hiệu uất hiệu cao mức đ h p ý Hàm ng xơ tổng c v xoài 9,33% (A hou h, 2011), v i 8,49% đường khử inh nghiệm thức nhiệt đ 121oC thời gian th y phân hiệu uất phản ứng đạt 79,21% Hiệu uất cao h p ý xơ tổng c n c ignin, m t thành phần không đư c th y phân (Pa mqui t Hahn-Hagerdal, 2000; Taherzadeh, 1999) K t cao gấp đôi o v i hiệu uất thu đư c (38,6%) nghiên cứu th y phân ã mía điều kiện 6% acid phoric, nhiệt đ 100 oC thời gian đư c công ố ởi Gamez et a (2004) Hàm ng đường khử inh từ việc th y phân v ầu riêng 5,6% (w/v) 121oC 45 ph t v i 2% sulphuric acid (Matura et a , 2012) Quá trình th y phân tảo đ (Dwi, 2012) cho hàm ng đường khử cao (3,28%, w/v) đư c thực 121oC Do vậy, c thể thấy điều kiện cho trình xử ý H2SO4 3% điều kiện 121oC c hiệu cho hàm ng đường khử cao đ ng thời tránh đư c ự phân h y oại đường tạo thành Việc ựa chọn c ý nghĩa ti t kiệm chi phí thời gian th y phân Chun ngành Cơng nghệ Sinh học 26 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT 4.2 Lên men ethanol với dòng nấm men Saccharomyces cerevisiae 4.2.1 Ảnh hưởng mật số giống chủng Ti n hành khảo át ự ảnh hưởng c a mật ố nấm men Saccharomyces cerevisiae (2.1) để chọn tỷ ệ nấm men thích h p cho ên men ethano từ dịch th y phân v xoài thu đư c từ thí nghiệm trư c K t au ên men đư c trình ày Bảng Bảng Ảnh hưởng mật số nấm men đến trình lên men Mật số nấm men pH sau lên men Độ Brix Độ cồn sau lên men (% v/v 20°C) Log tb/mL 5,25 9,0 3,47a Log tb/mL 5,37 9,5 3,21a Log tb/mL 5,91 11,5 0,37b CV (%) 14,56 *Ghi chú: Các trị trung bình cột theo sau có m u tự giống thể khác biệt khơng có ý nghĩa thống kê độ tin cậy 95% Dịch au ên men c pH thấp o v i trư c ên men (v i pH an đầu 6,0), giá trị pH c a dịch đường giảm dần qua giai đoạn ên men, khoảng dao đ ng pH nghiệm thức sau lên men 5,25 - 5,91 Sự giảm pH ự oxy hoá đường thành acid hữu Điều c thể giải thích trình chuyển h a đường thành ethanol, nấm men phân giải đường thành ản ph m trung gian – acid hữu cơ, àm giảm pH c a dịch ên men Bên cạnh đ , k t chứng t trình ên men xảy tốt, nấm men phát triển vư t tr i o v i vi khu n gây chua nên pH không giảm xuống đ n mức 3,0 - 3,5 Tương tự pH, đ Brix trư c au ên men c ự chênh ệch Nguyên nhân ự chuyển h a từ đường ang ethanol c a d ng nấm men Đ Brix an đầu đạt giá trị 12oBrix, au thời gian ên men nghiệm thức og tb/mL k t đo đư c 9°Brix, og tb/mL 9,5oBrix Khi ch ng v i mật ố og t /mL đ Brix giảm (11,5oBrix) o v i thời điểm trư c ên men Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 27 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT Thống kê giá trị trung ình c a đ c n au ần ặp ại dựa nhân tố mật ố nấm men ằng chương trình Statgraphic p u v3.0 cho thấy mật ố nấm men og log t ào/mL cho giá trị trung ình c a đ c n (tương ứng 3,21% 3,47%, v/v) cao khác iệt c ý nghĩa v i 0,37% mật ố mật ố og t mật ố og t ào/mL (105 t ào/mL Do đ ào/mL) đư c chọn để ên men nhằm tạo ethano cao đ ng thời ti t kiệm m t ng nấm men o v i ch ng v i mật ố og t ào/mL 4.2.2 Ảnh hưởng pH đến trình lên men K t h p v i k t tỷ ệ nấm men c a thí nghiệm trư c, điều chỉnh pH c a dịch th y phân theo ố trí thí nghiệm ần t 4,0; 4,5; 5,0; 5,5 6,0 K t thu đư c từ ự thay đổi đ c n au ên men giá trị pH khác đư c trình ày Bảng Bảng Ảnh hưởng pH đến trình lên men Độ Brix Độ cồn sau lên men (% v/v 20°C) pH trước lên men pH sau lên men 4,0 3,92 11,0 0,43c 4,5 4,42 10,7 0,94b 5,0 4,67 10,2 1,13b 5,5 5,28 10,0 3,01a 6,0 5,25 9,2 3,14a CV (%) 12,23 *Ghi chú: Các trị trung bình cột theo sau có m u tự giống thể khác biệt khơng có ý nghĩa thống kê độ tin cậy 95% K t đ Brix au ên men pH au ên men Bảng chứng t c ự ên men ethano xảy àm thay đổi đ Brix (v i đ Brix an đầu 12) pH c a môi trường K t cho thấy pH 5,5 6,0 ản ph m thu đư c c đ c n tương ứng 3,01% 3,14%, cao khác iệt c ý nghĩa o v i m u ên men giá trị pH 4,0; 4,5 5,0 Điều protein hoạt đ ng m t môi trường c giá trị pH tương ứng (Berg, 2007) K t phù h p v i nghiên cứu đư c Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 28 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT công ố ởi Arumugam Manikandan (2011) Đ ng thời pH cao khả hấp thụ acid hữu ức ch trình ên men cao (Fox, 1985) Theo k t thống kê đ tin cậy 95%, đ c n pH 5,5 6,0 không c ự khác iệt Như vậy, nhằm ti t kiệm NaOH dùng trình trung h a dịch th y phân, giá trị pH 5,5 thích h p để ên men ethano từ v xoài 4.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến q trình lên men Trong thí nghiệm này, dịch v xoài au th y phân đư c ti n hành ên men v i thời gian 3, 5, ngày điều kiện nhiệt đ 25, 30 35oC Các giá trị pH n ng đ ch ng giống an đầu đư c điều chỉnh theo k t thí nghiệm K t au ên men đư c trình ày Bảng Tương tự thí nghiệm trư c, k t đ Brix pH au ên men Bảng giảm (v i đ Brix pH an đầu tương ứng 12 5,5), chứng t xảy trình lên men ethanol K t cho thấy không c ự khác iệt đ tin cậy 95% đ c n hai mức nhiệt đ 25oC 30oC lên men 3, 5, ngày Như vậy, hai mức nhiệt đ 25 30oC thích h p cho trình ên men enzyme hoạt đ ng hiệu khoảng nhiệt đ Tốc đ enzyme x c tác phản ứng tăng v i nhiệt đ cho đ n đạt đ n nhiệt đ mà đ enzyme t đầu i n tính (Southerland, 1990) Tuy nhiên, để ti t kiệm chi phí ản xuất, nhiệt đ 30oC đư c chọn mức nhiệt đ gần v i nhiệt đ môi trường xung quanh, giảm đư c chi phí àm ạnh q trình lên men Mức nhiệt đ 35oC khơng thích h p cho trình ên men ng ethano inh thấp (2,87% au ngày ) Nguyên nhân nhiệt đ cao (35oC) hạn ch hoạt tính c a enzyme chuyển h a đường thành ethano (Schandert, 1959), đ ng thời việc ti n hành ên men nhiệt đ tiêu hao ng để nâng nhiệt đ ên cao Tương tự, thời gian ên men nhiệt đ 30oC đư c chọn ngày mức thời gian hàm ng ethano inh cao (3,07%, v/v) không c ự khác iệt ên men ngày (2,94%, v/v) Việc ựa chọn mức thời gian c thể giảm thời gian ên men đ ng thời tránh nguy nhiễm nấm mốc từ môi trường ên T m ại, nhiệt đ 30oC thời gian ên men ngày điều kiện thích h p để ti n hành ên men ethano từ dịch th y phân v xồi Chun ngành Cơng nghệ Sinh học 29 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT Bảng Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian lên men lên độ cồn sinh Nhiệt độ lên men (oC) Thời gian lên men (ngày) pH sau lên men Độ Brix sau lên men Độ cồn (% v/v 20°C) 5,46 11,2 0,12e 5,36 10,7 1,86c 5,13 9,2 3,15a 5,12 8,8 3,21a 5,45 11,0 0,06e 5,34 10,2 1,61c 5,16 8,8 3,08ab 5,22 9,7 2,94ab 5,49 12,0 0e 5,43 10,8 0,73d 5,28 10,2 2,63b 5,27 9,7 2,87ab 25 30 35 CV (%) 16,96 *Ghi chú: Các trị trung bình cột theo sau có m u tự giống thể khác biệt khơng có ý nghĩa thống kê độ tin cậy 95% Quá trình lên men dịch th y phân v xoài tạo ethano v i n ng đ 3,08% thể tích N u o v i ản xuất ethano từ nguyên iệu tinh t c thể đạt t i – 9,5% thể tích Như vậy, ng ethano ản xuất từ ngun iệu v xồi khơng cao (chỉ vào khoảng gần 50% o v i ản xuất từ tinh t Tuy nhiên, k t tiềm n cho việc ản xuất ethano ngu n nguyên iệu d i không ảnh hưởng đ n cung cấp ương thực cho người, đ ng thời gi p giải quy t vấn đề môi trường nguyên nguyên iệu gây Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 30 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận K t nghiên cứu cho thấy trình th y phân v xoài thành dịch đường đạt hiệu cao đư c thực v i H2SO4 3% điều kiện nhiệt đ thời gian 121oC giờ, v i hàm ng đường khử thu đư c 8,49% (w/v) K t khảo át y u tố ảnh hưởng đ n trình ên men cho thấy điều kiện thích h p cho ên men ethano từ dịch th y phân v xoài mật ố t nấm men 105 tb/mL pH 5,5 Thời gian ên men ngày, nhiệt đ 30oC cho k t đ c n 3,08% (v/v) 5.2 Đề nghị Nghiên cứu ảnh hưởng c a oại enzyme th y phân ce u o e để y trích tối đa ng đường khử c v xoài Nghiên cứu thành phần v xoài ảnh hưởng đ n trình th y phân ên men pectin, po ypheno , Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 31 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bùi Thị Qu nh Hoa Nguyễn Bảo L c 2004 Công nghệ sản xuất rượu bia nước giải khát, trường Đại học Cần Thơ Lê Xuân Phương 2001 Vi sinh vật công nghiệp, Nx Xây dựng Hà N i, tr.49 – 54 Lương Đức Ph m, 1998, Công nghệ vi sinh vật, NXB Nông nghiệp Hà N i Lương Đức Ph m, 2006 Nấm men công nghiệp Nhà xuất ản Khoa học Kỹ thuật, Hà N i Nguyễn Lân Dũng, 1999 Vi sinh vật học, Nhà xuất ản Giáo dục Nguyễn Xuân Cự 2010 Nghiên cứu khả thủy phân acid loãng bước đầu đánh giá hiệu sản xuất etanol sinh học từ than gỗ Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 26(2010) pp 211-216 Tiếng Anh Alfenore, S., C Molina-Jouve, S.E Guillouet, J.L Uribelarrea, G Goma and L Benbadis 2002 Improving ethanol production and viability of Saccharomyces cerevisiae by a vitamin feeding strategy during fed-batch process Applied Microbiology and Biotechnology, 60 pp 67-72 Ajila, C.M., K.A Naidu, S.G Bhat, U.J.S Prasada Rao 2008 Bioactive compounds and antioxidant potential of mango peel extract Journal of Food Chemistry, 105 pp 982-988 Amid, M., S Mustafa, M.M.Y Abdul 2012 Characterization of Polyphenol Oxidase from Mango (Mangifera indica L Cv Chokanan) Peel Journal of Food, Agriculture & Environment, 10 (1) pp 109-112 Arumugam, R and M Manikandan 2011 Fermentation of Pretreated Hydrolyzates of Banana and Mango Fruit Wastes for Ethanol Production ASIAN J EXP BIOL SCI, 2(2) pp 246-256 Ashoush, I.S, M.G.E Gadallah 2011 Utilization of Mango Peels and Seed Kernels Powders as Sources of Phytochemicals in Biscuit World Journal of Dairy & Food Sciences, 6(1) pp 35-42 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 32 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT Bally, I.S.E., 2006 Mangifera indica (mango) Species Profiles for Pacific Island Agroforestry Berg, J 2007 Biochemistry, sixth ed Freemantle and Company, London Casey, G.P and W.M Ingledew 1986 Ethanol tolerance in yeast, Micobiol., Vol 13, pp.219-280 Classen, P.A.M, J B van Lier, A M Lopez Contreras, E W J van Niel, L Sijtsma, A J M Stams, S S de Vries and R A Weusthuis 1999 Utilization of the biomass for the supply of energy carries Appl Microbiol.Biotechnol 52 pp 741-755 Dwi, S., W Sri, K Indah, M Neli and H Pandit 2012 Acid Hydrolysis Technique and Yeast Adaptation to Increase Red Macroalgae Bioethanol Production International Journal of Environment and Bioenergy, 2012, 3(2) pp 98-110 Fox, C.R 1985 Industrial wastewater control and recovery of organic chemicals by adsorption Adsorption Technology: A Step-by-Step Approach to Process Evaluation and Application pp 167–183 Gámez, S., J.A Ramírez, G Garrote, and M Vázquez 2004 Manufacture of Fermentable Sugar Solutions from Sugar Cane Bagasse Hydrolyzed with Phosphoric Acid at Atmospheric Pressure J Agric Food Chem, 52(13) pp 41727 Gírio FM, C Fonseca, F Carvalheiro, L.C Duarte, S Marques, R Bogel-lukasik 2010 Hemicelluloses for fuel ethanol: A review Biores Technol 101 pp 4775– 4800 Jacobson, G.K and S.O Jolly 1989 Yeasts, molds and algae Biotechnology, pp 279-314 Jayant, M., K Deepesh, S Sumeru and K.V Manoj 2011 A Comparative Study of Ethanol Production from Various Agro Residues by Using Saccharomyces cerevisae and Candida albicans Journal of Yeast and Fungal Research, 3(2) pp 12-17 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 33 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT Kim, B J., H.N Hsieh, and F.J Tai 1999 Anaerobic digestion and acid hydrolysis of nitrocellulose CERL Technical Report 99/45, US Army Corps of Engineers, Construction Engineering Research Laboratories Kulanthaivel, S., S.G Tanya, S.V Narasinganallur and P P Kilavan 2011 Ethanol Production from Lignocellulosis Waste World Journal of Science and Technology, 1(11).pp 12-16 Kurtzman, C.P and J.W Fell, 1997 The Yeasts, a Taxonomic Study Fourth Edition Amsterdam: Elsevier Science Publishing Company Kurtzman, C.P and J Piškur 2006 Taxonomy and phylogenetic diversity among the yeasts Topics in Current Genetics, 15 pp 29-46 Lalitha, G., S Rajeshwari 2011 Use of Fruit Biomass Peel Residue for Ethanol Production International Journal of Pharma and Bio Science, 2(2) Lenihan, P., A Orozco, E O’Neill, M.N.M Ahmad, D.W Rooney, C Mangwandi and G.M Walker 2011 Kinetic Modelling of Dilute Acid Hydrolysis of Lignocellulosic Biomass, Biofuel Production-Recent Jean, P.L 2007 Lignocellulose Conversion: An Introduction to Chemistry, Process and Economics Biofuels, Bioprod Bioref pp 39–48 Matura, U., N Nuanphan, N Woatthichai 2012 Reducing Sugar Production from Durian Peel by Hydrochloric Acid Hydrolysis World Academy of Science, Engineering and Technology Mehrnoush, A et al 2012 Characterization of polyphenol oxidase from mango Journal of Food, Agriculture & Environment, 10 pp 109 – 112 Miller, G 1959 Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar Analyt Chem., 31 pp 426-428 Mosier, N S., C M Ladisch, and M R Ladich 2002 Characterization of acid catalytic domains for cellulose hydrolysis and glucose degradation Biotechnology and Bioengineering 6(79) pp 610-618 Palmqvist, E., B Hahn-Hagerdal 2000 Fermentation of lignocellulosic hydrolysates II: Inhibitors and mechanisms of inhibition Bioresource Technol 74 pp 2533 Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 34 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT Reddy, L.V., O.V.S Reddy 2007 Production of Ethanol from Mango (Mangifera indica L.) Fruit Juice Fermention Research Journal of Microbiology 2(10) pp 763-769 Roehr, M 2001 The Biotechnology of Ethanol Classical and Future Applications pp 232 Schander H 1959 Die Microbiologie des Mostes und Weines, 2nd Ed Stuttgart, Germany, ulmer Schuster, E., N Dunn-Coleman, J.C Frisvad and P.W.V Dijck 2002 On the safety of Aspergillus niger - a review Appl Microbiol Biotech, 59 pp 4-5 Somda, M.K., A Savadogo, C.A.T Ouattara, A.S Ouattara and A.S Traore 2011 Thermotolerant and Alcohol-Tolerant Yeasts Targeted to Optimize Hydrolyzation from Mango Peel for High Bioethanol Production Asian Journal of Biotechnology, 3(1) pp 77-83 Southerland, W.M 1990 Foundations of Medicine: Biochemistry Churchill Livingstone.inc., New York Taherzadeh, M.J 1999 Ethanol from Lignocellulose: Physiological Effects of Inhibitors and Fermentation Strategies, Chemical Reaction Engineering, Chalmers University of Technology, Goteborg, Sweden Xiang, Q., J.S Kim and Y.Y Lee 2003 A comprehensive kinetic model for diluteacid hydrolysis of cellulose Applied Biochemical Biotechnology, 105(108) pp 337-52 Wosten, H.A., S.M Moukha, J.H Sietsma and J.G Wessels 1991 Localization of growth and secretion of proteins in Aspergillus niger Gen Microbiol, 137(8) pp 2017-2023 Wang, Z.X., J Zhuge, H Fang and B.A Prior (2001) Glycerol production by microbial fermentation: A review Biotechnology Advances 19: 201-223 * Trang web http://foodscience.wikispaces.com/Mangoes, (ngày 15/01/2013) Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 35 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34 Trường ĐHCT http://techmart.cesti.gov.vn/news/tabid/59/newsId/545/Default.aspx, (ngày 25/10/2012) http://vi.wikipedia.org/wiki/Saccharomyces (ngày 24/11/2012) http://yourweeklymicrobe.blogspot.com/ (ngày 24/10/2012) http://en.wikipedia.org/wiki/Yeast/, (ngày 20/06/2012) http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Saccharomyces_cerevisiae_Alt, (ngày 20/06/2012) http://vietsciences.free.fr/khaocuu/nguyenlandung/nammen01.htm, (ngày 20/06/2012) http://vietsciences.free.fr/lichsu/kinhhienvi.htm, (ngày 17/06/2012) http://z11.invisionfree.com/Biotechnology/ar/t126.htm, (ngày 14/12/2012) Chuyên ngành Công nghệ Sinh học 36 Viện NC&PT Công nghệ Sinh học ... phản ứng thủy phân polysaccharide thành đường đơn sau lên men thành ethanol Đề tài nhằm khảo sát khả sản xuất ethanol từ vỏ xoài để tận dụng nguồn phế phẩm góp phần xử lý mơi trường Nội dung thực... Paki tan, Indone ia Sản ng xoài c a nư c chi m 78% ản ng xoài th gi i c ảnh hưởng n đ n thị trường xoài th gi i Việt Nam thu c nh m 20 nư c ản xuất xoài c tiềm c a th gi i, ản ng xoài c a Việt Nam... thích hợp cho lên men ethanol từ dịch thủy phân vỏ xoài mật số tế bào nấm men 105 tb/mL pH 5,5 Thời gian lên men ngày nhiệt độ 30oC cho kết độ cồn 3,08% (v/v) Từ khóa: ethanol, lên men, Saccharomyces