Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ xử lý rong lục Việt Nam và lên men Ethanol góp phần phát triển cồn nhiên liệu

Khi nhu cầu năng lượng thế giới tiếp tục tăng và nguồn nhiên liệu hóa thạch đang giảm, nhiên liệu sinh học là giải pháp thay thế thích hợp. Ethanol là sản phẩm nhiên liệu được sử dụng phổ biến nhất và được nhiều quốc gia tập trung nghiên cứu. Tuy nhiên nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol còn có hạn chế là chiếm một lượng lớn đất nông nghiệp, cũng như nguồn nước, thời gian và công chăm sóc, canh tác, đặt biệt ảnh hưởng an ninh lương thực. Trước tình hình đó, tìm ra một nguồn nguyên liệu mới trong việc sản xuất cồn sinh học được đẩy mạnh. Rong biển là một lựa chọn thích hợp và đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Rong biển có sản lượng tự nhiên lớn, vòng đời sinh trưởng ngắn, dễ thu hoạch, giá thành rẻ và nuôi trồng thu được sinh khối lớn. Hàm lượng carbohydrate cao từ 40 79,4 %, rong có lignin thấp dễ thủy phân, thành phần đường chủ yếu là đường 6 carbon nên đễ dàng lên men đạt hiệu suất khoảng 7090%. Việt Nam có bờ biển dài hơn 3200 km có chứa sinh khối rong biển rất lớn, trong đó rong lục là phổ biến nhất. Ước tính mỗi năm có khoảng 2 triệu tấn khô được tạo thành. Tuy nhiên rong lục chưa được sử dụng hợp lý, chỉ có số ít loài được nghiên cứu chế biến các sản phẩm sinh học, số còn lại tự phân hủy ngoài tự nhiên gây ô nhiễm. Vì vậy nghiên cứu sản xuất ethanol từ rong lục là một giải pháp thích hợp để tạo ra nhiên liệu sạch, giải quyết ô nhiễm môi trường và gia tăng lợi ích kinh tế cho người dân ven biển. Để sản xuất được ethanol nhiên liệu từ rong lục, cần phải tiến hành các bước: lựa chọn đối tượng rong lục thích hợp, đảm bảo sinh khối ổn định bằng tiến hành nuôi trồng gia tăng sinh khối, sử dụng các kỹ thuật xử lý nguyên liệu, tìm các phương pháp thích hợp để đường hóa rong lục và lên men tạo ethanol. Về nghiên cứu sản xuất ethanol nhiên liệu từ rong lục tại Việt Nam hiện nay mới được đề cập tuy vậy vẫn chưa có nghiên cứu cụ thể. Do đó, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ xử lý rong lục Việt Nam và lên men ethanol góp phần phát triển cồn nhiên liệu” để đưa ra được một cách hoàn chỉnh công nghệ lên men ethanol nhiên liệu từ nguồn sinh khối rong lục.

MỞ ĐẦU Khi nhu cầu lượng giới tiếp tục tăng nguồn nhiên liệu hóa thạch giảm, nhiên liệu sinh học giải pháp thay thích hợp Ethanol sản phẩm nhiên liệu sử dụng phổ biến nhiều quốc gia tập trung nghiên cứu Tuy nhiên nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol có hạn chế chiếm lượng lớn đất nông nghiệp, nguồn nước, thời gian công chăm sóc, canh tác, đặt biệt ảnh hưởng an ninh lương thực Trước tình hình đó, tìm nguồn nguyên liệu việc sản xuất cồn sinh học đẩy mạnh Rong biển lựa chọn thích hợp nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Rong biển có sản lượng tự nhiên lớn, vòng đời sinh trưởng ngắn, dễ thu hoạch, giá thành rẻ nuôi trồng thu sinh khối lớn Hàm lượng carbohydrate cao từ 40 - 79,4 %, rong có lignin thấp dễ thủy phân, thành phần đường chủ yếu đường carbon nên đễ dàng lên men đạt hiệu suất khoảng 70-90% Việt Nam có bờ biển dài 3200 km có chứa sinh khối rong biển lớn, rong lục phổ biến Ước tính năm có khoảng triệu khơ tạo thành Tuy nhiên rong lục chưa sử dụng hợp lý, có số lồi nghiên cứu chế biến sản phẩm sinh học, số lại tự phân hủy ngồi tự nhiên gây nhiễm Vì nghiên cứu sản xuất ethanol từ rong lục giải pháp thích hợp để tạo nhiên liệu sạch, giải nhiễm mơi trường gia tăng lợi ích kinh tế cho người dân ven biển Để sản xuất ethanol nhiên liệu từ rong lục, cần phải tiến hành bước: lựa chọn đối tượng rong lục thích hợp, đảm bảo sinh khối ổn định tiến hành nuôi trồng gia tăng sinh khối, sử dụng kỹ thuật xử lý ngun liệu, tìm phương pháp thích hợp để đường hóa rong lục lên men tạo ethanol Về nghiên cứu sản xuất ethanol nhiên liệu từ rong lục Việt Nam đề cập chưa có nghiên cứu cụ thể Do đó, chúng tơi tiến hành đề tài “Nghiên cứu xác định thông số công nghệ xử lý rong lục Việt Nam lên men ethanol góp phần phát triển cồn nhiên liệu” để đưa cách hồn chỉnh cơng nghệ lên men ethanol nhiên liệu từ nguồn sinh khối rong lục Mục tiêu Chọn rong lục thích hợp cho lên men ethanol Chọn giải pháp công nghệ xử lý thủy phân rong lục để lên men tạo ethanol Chọn giải pháp công nghệ lên men ethanol từ dịch thủy phân rong lục Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu lựa chọn nguồn rong lục Việt Nam làm nguyên liệu cho lên men ethanol Nghiên cứu chọn giải pháp xử lý thủy phân rong lục để lên men tạo ethanol Nghiên cứu chọn giải pháp lên men ethanol từ dịch thủy phân rong lục Những đóng góp luận án - Nghiên cứu cách có hệ thống rong lục từ khảo sát lựa chọn nguồn rong lục đến thủy phân lên men ethanol - Nghiên cứu nguồn rong biển Việt Nam làm nguyên liệu sản xuất ethanol phương pháp thân thiện môi trường hướng nghiên cứu phù hợp với xu thế giới nhằm thay nguồn nhiên liệu hóa thạch Bố cục luận án Luận án trình bày 115 trang: mở đầu (2 trang), tổng quan tài liệu (27 trang), vật liệu phương pháp nghiên cứu (21 trang), kết thảo luận (54 trang với 46 bảng 20 hình), kết luận kiến nghị (2 trang), danh mục cơng trình cơng bố (1 trang) tài liệu tham khảo (8 trang với 23 tài liệu tiếng Việt 77 tài liệu tiếng Anh) CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Rong biển bao gồm 03 tiểu mục 1.1 Rong biển: giới thiệu rong biển, miêu tả ba ngành rong đỏ, lục, nâu đặc điểm nhận biết chúng 1.2 Thành phần hóa học loại rong biển: Miêu tả thành phần hóa học dạng polysaccharid monosacharid có ba ngành rong đỏ, lục, nâu 1.3 Rong lục: miêu tả cấu tạo hình thái, đặc điểm tế bào chế sinh sản Dựa đặc điểm sinh học thành phần hóa học nguyên liệu rong biển nói chung rong lục nói riêng, chúng tơi tiến hành khảo sát loài rong lục Việt Nam để chọn đối tượng thích hợp cho sản xuất ethanol 1.2 Công nghệ sản xuất ethanol từ rong biển sinh khối khác bao gồm 04 tiểu mục 1.2.1 Tiềm rong biển sản xuất ethanol rong biển có suất sinh học cao sinh khối khác nên nhiều tác giả nghiên cứu 1.2.1 Quá trình xử lý sơ nguyên liệu rong biển 1.2.3 Q trình thủy phân rong biển cơng nghệ đường hóa rong biển axit enzyme thực bới nhiều nghiên cứu với đối tượng rong biển khác theo hai phương pháp thủy phân axit loãng với nhiệt cao tiền xử lý đường hóa enzyme, 1.2.4 Q trình lên men ethanol từ dịch thủy phân rong biển giống nấm men sử dụng cho lên men công nghệ lên men dịch thủy phân từ rong biển Từ công nghệ sản xuất cồn nghiên cứu giới, chúng tối chọn giải pháp đường hóa lên men rong lục Việt Nam theo hai hướng thủy phân axit enzyme, sử dụng dịch thủy phân tiến hành lên men với chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae 1.3 Tình hình sản xuất ethanol từ nguyên liệu rong biển giới Việt Nam bao gồm 02 tiểu mục 1.3.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất ethanol từ nguyên liệu rong biển giới, phần nêu thành tựu nghiên cứu ethanol từ rong biển dự án tiến hành giới 1.3.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất ethanol từ nguyên liệu rong biển Việt Nam: khái quát tình hình nghiên cứu Việt Nam Các thành tựu nghiên cứu giúp đánh giá hiệu sản xuất ethanol từ rong lục Việt nam khác biệt sinh khối rong lục so với sinh khối khác CHƢƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu Rong Lục thu tỉnh ven biển Thanh Hóa, Thái ình, Ninh ình, Quảng Ngãi, Phú n, Khánh Hòa, Ninh Thuận, ến Tre, Cà Mau khoảng thời gian từ năm 2011 đến năm 2013 Rong Chaetomorpha linum, Chi Chaetomorpha, Ngành Chlorophyta, Lớp Ulvophyceae, ộ Cladophorales, Họ Cladophoraceae Rong sấy khô đến độ ẩm 13% sử dụng cho nghiên cứu Chế phẩm Enzyme: Viscozyme L (Vis.) có mã số (V2010-50ml) sản xuất cơng ty Novozyme Cellulase (Cel.) có mã số (C2605-50ml) sản xuất công ty Novozyme Chế phẩm nấm men: Chế phẩm Thermosacc hãng sản xuất Lallemand nấm men Saccharomyces cerevisiae Chế phẩm Red Ethanol nấm men Saccharomyces cerevisiae hãng Fermentis, Pháp Saccharomyces cerevisiae sản xuất công ty sản xuất Cồn Cây Cày Khánh Hòa (SacCCC) Saccharomyces cerevisiae ATCC 9763 sưu tầm Viện Sinh học Nhiệt đới (SacSHNĐ) Chế phẩm Turbo Yeast nấm men Saccharomyces cerevisiae hãng Fermtech Wholasale Anh sản xuất sưu tầm Đại học ách Khoa TP HCM (SacBKHCM) 2.2 Các phƣơng pháp phân tích, tốn học tính hiệu suất, thống kê Xác định độ ẩm, xác định tro, xác định hàm lượng nitơ protein theo phương pháp Kjeldahl, xác định hàm lượng lipid máy soxhlet theo tiêu chuẩn AOAC (2007) Xác định thành phần môi trường lên men: nito tổng số, phospho tổng số, lưu huỳnh tổng số phương pháp so màu theo Samira cs (2009) Xác định đường tổng số đường dịch thủy phân theo Wrolstad cs (2001) Xác định thành phần polysaccharide rong lục gồm xác định cellulose ulvan theo Myoung Lae Cho cs (2010), xác định hàm lượng agar theo Suthasinee cs (2010) Xác định thành phần monosacharid dịch thủy phân rong lục hệ thống săc ký lỏng hiệu cao áp (HPLC) theo Mitsunori Yanagisawa cs (2011) Xác định hàm lượng ethanol hai phương pháp HPLC so màu theo phương pháp ennet Zahid Anwar cs (2012) Xác định hoạt độ enzyme hoạt độ endoglucanase, hoạt độ exoglucanase, hoạt độ betaglucosidase, hoạt độ amylase, hoạt độ ulvanase, hoạt độ beta-glactosidase, hoạt độ xylanase lượng đường khử tạo thành phân tích theo phương pháp Somogyi-Nelson theo Wrolstad cs (2001) Phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm theo Nguyễn Minh Tuyển (2005) Tính tốn mơ hình tốn học theo phần mền excel 2010 theo Timothy R (2001) Thực nghiệm tìm điều kiện tối ưu theo ox-willson Xác định hiệu suất thủy phân, xác định hiệu suất lên men theo Mitsunori Yanagisawa cs (2011).Thống kê số liệu sử dụng phần mền excel Microsoft office 2010 hảo sát nguồn sinh khối Phương pháp lấy mẫu: thu đối tượng rong lục trạm nghiên cứu, lưu giữ mẫu định danh phân loại rong lục để xác định sinh lượng, trữ lượng, tần số bắt gặp, độ bao phủ, theo Nguyễn Hữu Dinh cs (1999) Phương pháp nuôi khảo sát biến động thành phần hóa học hai lồi rong lục chọn rong Mền Chaetomorpha linum rong Nhánh Cladophora socialis phòng thí nghiệm theo Lê Như Hậu cs (2011) 2.3 2.4 Nghiên cứu trình thủy phân từ rong lục Nghiên cứu phương pháp xử lý nguyên liệu: Nghiên cứu xử lý muối NaCl rong nghiên cứu ảnh hưởng kích thước rong Phương pháp thủy phân axit: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân rong axit sunfuric gồm có nghiên cứu tỷ lệ rong phối trộn 75-200g /l; ảnh hưởng nồng độ axit 0- 4%(v/v); ảnh hưởng nhiệt độ thủy phân 90-130o C; động thái trình thủy phân rong 20- 80 phút Tối ưu hóa q trình thủy phân rong lục axit Phương pháp thủy phân chế phẩm enzyme: Nghiên cứu trình thủy phân sơ axit nồng độ 0,1- 0,5 % (v/v) nhiệt độ 120oC 15 phút Lựa chọn chế phẩm enzyme từ hai chế phẩm enzyme Viscozyme L (Vis.) Cellulase (Cel.) Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân chế phẩm enzyme chọn gồm có: Ảnh hưởng nồng độ chế phẩm enzyme 0-1 ml enzyme/g tương ứng hoạt độ 0-50 U/g; ảnh hưởng pH 3- 6; ảnh hưởng nhiệt độ 30-60 O C; động thái trình thủy phân chế phẩm enzyme 6- 36 Tối ưu hóa trình thủy phân rong lục enzyme 2.5 Nghiên cứu trình lên men Tuyển chọn chủng nấm men dịch thủy phân rong Ch.linum axit (HaF) Tuyển chọn chủng nấm men dịch thủy phân rong Ch.linum chế phẩm enzyme (HeF) Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men nấm men chọn gồm có: Nghiên cứu ảnh hưởng nguồn nito bổ sung; ảnh hưởng pH 3,5-5,0; ảnh hưởng nhiệt độ 20- 350C; động thái trình lên men Tối ưu hóa q trình lên men dịch thủy phân rong axit 2.6 hảo sát q trình đƣờng hóa lên men đồng thời (SSF) dịch rong lục sau tiền xử lý Rong Chaetomorpha linum sau tiền xử lý, tiến hành đường hóa chế phẩm enzyme Viscozyme L với nồng độ 42,5U/g, nhiệt độ 50oC, pH 5.0, theo thời gian 0, 6, 9, 12, 15, 18, 21giờ; sau giảm nhiệt độ 30o C bổ sung chế phẩm nấm men Red Ethanol nồng độ 1,2x106 tế bào /m, để tiếp tục đường hóa lên men đồng thời thời gian 120 Chƣơng ẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 L a chọn rong lục thành phần hóa học rong lục Việt Nam 3.1.1 Lựa chọn loài rong l c Việt a Quá trình khảo sát sinh khối rong lục Việt Nam kết thể qua bảng 3.1 ảng Khảo sát loài rong Lục Việt Nam S: g Đ L a TT Tên loài Sinh cảnh F (%) (khô/m2) (%) chọn Monostroma nitidum iển 10,7 130±15 30 lactuca iển 53,6 130±17 55 + papenfussii Ao tôm 57,1 220±22 70 + Ulva reticulata iển 64,3 210±18 60 + clathrata iển 17,9 60±12 10 torta Mương 100,0 280±25 65 + flexuosa Ao tôm 85,7 190±21 55 + Entero morpha compressa Đầm muối 64,3 120±14 50 + intestinalis Mương 53,6 230±25 45 + 10 Rhizoclon kerneri Ao tôm 25,0 40±5 20 - 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 kochianum Ao tôm grande Ao tôm gracilis Ao tôm area Ao xử lý nước linum Ao tôm antennina Ao tôm Chaeto morpha capillaris Ao xử lý nước ligustica Ao tôm javanica Ao hoang crassa iển albida iển crispula Ao tôm flexuosa Ao hoang Clado laetevirens iển phora papenfussii iển prolifera iển socialis Ao hoang aegagropila iển Valonia fastigiata iển Boodlea composita iển iển Cladophor membranacea opsis adhaerens iển adhaerens iển Codium repens iển peltata iển racemosa iển Caulerpa sertularioides iển taxifolia iển indica Biển Bryopsis hypnoides iển gracilis iển Halimeda opuntia iển ium 21,4 28,6 35,7 75,0 71,4 57,1 67,9 64,3 60,7 35,7 35,7 75,0 67,9 28,6 32,1 25,0 96,4 21,4 21,4 25,0 17,9 14,3 21,4 21,4 17,9 17,9 17,9 17,9 17,9 17,9 17,9 17,9 45±5 35±5 180±14 300±21 340±26 260±16 210±14 190±16 150±15 120±10 30±3 190±16 110±8 65±4 60±5 60±5 120±8 20±3 25±2 35±3 35±3 20±2 20±2 20 50±3 110±6 60±5 50±4 30±2 30±2 80±4 85±4 20 15 40 80 60 35 65 45 40 40 10 55 40 20 15 35 55 10 10 25 25 15 15 40 45 40 35 10 10 25 25 + + + + + + + + - Chú thích: F: Tần số bắt gặp (%), S: sinh lượng g/m2, Đ: Độ phủ (%), (+) lồi rong thích hợp nghiên cứu ethanol, (-)các lồi rong khơng thích hợp nghiên cứu ethanol Kết bảng 3.1 cho thấy nhóm khảo sát thu 42 mẫu rong lục sinh trưởng phát triển vùng biển, ao tôm, mương nước, ao hoang, đầm muối, ao xử lý nước Các chi rong Ulva, Enteromorpha, Chaetomorpha, Cladophora có phân bố rộng, chúng xuất tất loại sinh cảnh biển, ao tôm, đồng muối, ao hoang, mương nước Trên sở xác định sinh lượng, tần số bắt gặp độ bao phủ lựa chọn 15 lồi rong Lục có sinh lượng > 100 gram khơ/m2; tần số bắt gặp > 50% số trạm khảo sát, độ phủ > 40% độ bao phủ/ đơn vị diện tích mặt nước để sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất ethanol 3.1.2 Thành ph n h a học c a loài rong c chọn Kết xác định thành phần hóa học 15 lồi rong lục thể bảng 3.2 ảng Thành phần hóa học lồi rong lục chọn Thành phần hóa học (%w chất khơ) Carbohyd rate (tính STT Loài rong Protein Tro Lipid theo đường tổng) lactuca 20,24±1,2 17,97±0,6 3,24±0,05 56,06±1,2 Ulva papenfussii 21,35±1,1 15,93±0,5 3,32±0,06 56,40±1,4 reticulata 22,52±1,2 14,58±0,5 3,28±0,08 56,71±1,5 flexuosa 16,83±0,9 12,98±0,4 2,90±0,04 65,59±1,7 intestinalis 19,96±1,0 15,84±0,5 2,69±0,04 60,92±1,6 Entero morpha torta 14,67±0,6 14,64±0,4 1,98±0,03 65,06±1,6 compressa 14,66±0,7 12,17±0,4 3,83±0,08 67,24±1,7 area 15,68±0,7 11,80±0,3 2,43±0,06 67,58±1,8 capillaris 13,70±0,6 11,96±0,3 2,03±0,02 69,83±1,7 Chaeto 10 javanica 13,45±0,5 17,91±0,5 2,32±0,05 64,21±1,5 morpha 11 ligustica 15,68±0,6 15,32±0,4 3,71±0,08 63,24±1,6 12 linum 21,01±0,9 10,46±0,3 2,53±0,07 64,20±1,5 13 socialis 16,13±0,8 8,72±0,2 2,24±0,06 70,88±1,8 Clado 14 flexuosa 17,06±0,8 8,80±0,2 2,34±0,06 69,99±1,8 phora 15 crispula 18,84±0,9 8,60±0,2 1,70±0,05 65,07±1,6 Qua kết bảng 3.2, thành phần hóa học rong lục hàm lượng đường tổng cao nhất, đường dao động khoảng 56 - 70%, trung bình đạt 64,10% đạt giá trị cao 70,88% loài Cladophora socialis thấp 56,05% loài Ulva lactuca Trong suốt trình khảo sát chúng tơi thấy hai lồi rong lục ao đìa Chaetomorpha linum (Ch linum), Cladophora socialis (Cl.socialis) sinh trưởng, phát triển mạnh hàm lượng carbohydrate cao Tại thời điểm thu mẫu sinh khối thấy rong Ch linum chiếm tỷ trọng cao 45-50% nằm xen lẩn với loại rong Cl.socialis 30-35% Enteromorpha torta (En.torta) 10-15% Vì chúng tơi tiến hành ni trồng phân tích thành phần hóa học hai đối tượng rong Ch.linum, Cl.socialis 3.1.3 ghi n c u i n ng thành ph n h a học c a rong l c Chaetomorpha linum, Cladophora socialis theo chu s ng 3.1.3.1 Nghiên cứu khảo sát biến động sinh lượng rong lục Nuôi ba loài rong Ch.linum, En.torta Cl.socialis để xác định biến động khối lượng rong lục theo thời gian chu kỳ nuôi trồng, kết thể bảng 3.3 bảng 3.4 ảng 3 iến động sinh lượng rong lục vụ trồng Ngày Khối lượng (g tươi/m2) Loài rong 14 21 28 35 42 49 56 Enteromorpha 500 853 1453 1840 2223 2193 707 197 Cladophora 500 593 833 967 1243 1563 1600 653 230 Chaetomorpha 500 703 977 1273 1630 2000 2043 1540 540 ảng Lịch nuôi trồng luân canh suất rong lục Tháng 10 11 12 Rong lục En torta Ch linum Cl socialis vụ trồng vụ trồng (35Vụ trồng vụ trồng (35-42 ngày/vụ) (28 ngày/vụ) 42 ngày/vụ) 17,23 Sản lượng 15,34 tươi 11tấn tươi tươi x 17,23+4 x 15,34+2 x 11=117,82 tươi/ha/năm=27,01 Năng suất khơ/ha/năm (khơ/tươi=1/5) Trong q trình ni trồng cho thấy điều kiện nuôi trồng rong Ch linum Cl socialis tự nhiên dễ thực rong En torta Vì chúng tơi chọn rong Ch linum Cl socialis tiến hành nuôi thu sinh khối để khảo sát biến động thành phần hóa học Ch linum, Cl socialis theo chu kỳ sống 3.1.3.2 Khảo sát biến động thành phần hóa học Ch linum, Cl.socialis theo chu kỳ sống Hình iến động protein theo chu kỳ sống hai loài rong lục Hình iến động tro theo chu kỳ sống hai lồi rong lục Hình 3 iến động lipid theo chu Hình iến động đường tốc độ sinh kỳ sống hai loài rong trưởng theo chu kỳ sống hai loại rong lục iến động hàm lượng protein, biến động hàm lượng tro, biến động hàm lượng lipid có tác động đến biến động hàm lượng đường theo chu kỳ sống hai loài rong lục Như cần để thu hoạch rong Ch linum Cl socialis vào tuần chu kỳ sinh trưởng để có hàm lượng đường sinh lượng cao 3.1.4 Thành ph n loại ờng c a rong Chaeto orpha linu Cladophora socialis Xác định thành phần polysaccharid thành phần đường rong Ch.linum Cl socialis để lựa chọn điều kiện thủy phân lồi rong cách thích hợp Kết thể bảng 3.5 3.6 ảng Thành phần carbonhydrat sinh khối rong Ch.linum Thành phần polysaccharide Thành phần loại đường rong sau rong Ch linum (%w) thủy phân(%) Cellulose 41,1 Arabinose 1,68 Tinh bột 4,1 Glucose 65,16 Agar 4,9 Galactose 11,58 Rhamnose 18,56 Ulvan 12,9 Xylose 1,63 ảng Thành phần loại đường rong Cladophora socialis STT Thành phần loại đường rong sau thủy phân(%) Arabinose 2,5 Glucose 27,3 Galactose 49,4 Rhamnose 18,2 Xylose 0,9 ảng 3.5 3.6 cho thấy rong Ch linum có đường glucose cao rong Cl socialis Chính rong Ch linum nguyên liệu sản xuất ethanol có ưu lên men so với Cl socialis 3.2 Nghiên cứu trình thủy phân rong Chaetomorpha linum 3.2.1 ghi n c u xử lý nguy n liệu rong Ch.linu tr ớc th y phân 3.2.1.1 Nghiên cứu xử lý muối NaCl rong đến trình thủy phân ảng 3.7 Ảnh hưởng muối NaCl rong đến trình thủy phân Hàm lượng đường (g/l) Thí nghiệm Thủy phân Thủy phân chế phẩm axit enzyme Vis Không tách muối 42 ± 0,21 33 ± 0,18 Tách muối 53 ± 0,30 50 ± 0,20 Theo kết bảng 3.7 cho thấy kết thủy phân rong không tách muối, đường tạo thành thấp Và kết rong khơng tách muối q trình thủy phân enzyme bị ảnh hưởng lớn trình thủy phân axit 3.2.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước rong đến q trình thủy phân Các khảo sát ảnh hưởng kích thước rong thể bảng 3.8 ảng Ảnh hưởng kích thước rong đến q trình thủy phân TN Kích thước rong Hàm lượng đường (g/l) Rong đối chứng (d=0,5-1 m) 36,8 ± 0,2 Rong cắt nhỏ (d=2-3 cm ) 40,2 ± 0,3 Rong xay nhỏ (d= 0,2-0,4 mm) 53,0 ± 0,3 Kết bảng 3.8 cho thấy cần phải xay nhỏ rong kích thước 0,20,4 mm máy nghiền búa trình thủy phân diễn thuận lợi 3.2.2 ghi n c u trình th y phân rong l c ằng axit 3.2.2.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng trình thủy phân rong lục axit 10 ảng Ảnh hưởng tỷ lệ rong đến trình thủy phân Tỷ lệ Đường Đường Hiệu suất rong thủy phân tổng số thủy phân (g/l) (g/l) (g/l) (%) 200 59 116 50,8 150 55 87 63,2 100 53 58 91,3 75 39 43 90,0 Hình Động thái trình thủy phân Hình Ảnh hưởng nồng độ axit đến Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình thủy phân trình thủy phân Qua khảo sát điều kiện thủy phân rong lục axit cho thấy lượng đường tạo thành cao điều kiện: tỷ lệ rong dung dịch 100g/l, nồng độ axit sunfurit 3%, nhiệt độ 120oC, thời gian thủy phân 60 phút 3.2.2.2 Tối ưu hóa điều kiện thủy phân rong lục axit để thu nhận dịch thủy phân có hàm lượng đường cao Sau tiến hành khảo sát điều kiện thủy phân, tối ưu hóa điều kiện thủy phân rong lục axit theo phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm Các yếu tố tối ưu khoảng biến đổi yếu tố (K Đ): nồng độ axit X1[2-4 (%v/v)] có K Đ: ; Nhiệt độ X2 [110-130 (oC)] có K Đ: 10; Thời gian X3 [40-60 (phút)] có K Đ:10 Lập ma trận thực nghiệm ảng 10 Ma trận thực nghiệm Stn X1 X2 X3 Y1 Y2 Y3 Y 110 40 32,5 32,1 32,3 32,30 11 4 4 110 130 130 110 110 130 130 40 40 40 60 60 60 60 40,8 43,1 51,2 39,8 50,3 46,7 53,2 40,2 43,7 52,3 41,1 50,6 46,2 53,8 40,8 44,0 51,9 39,4 50,6 46,0 53,5 40,60 43,60 51,80 40,10 50,50 46,30 53,50 Phương trình hồi quy: Y  44.8  4.3 X 14.0  X  2.8  X F lý thuyết = 0,0088 < 0,05 Vậy mơ hình lập thích hợp Tối ưu hóa điều kiện thủy phân theo phương pháp ox-wilson ảng 11 Tối ưu hóa điều kiện thủy phân rong theo ox-wilson Hàm lượng đường sau Số TN X1(%v/v) X2(oC) X3 (phút) thủy phân (g/l) 120 50 48,3 3.3 123 54 53,2 3.6 126 58 53,2 3.9 129 62 53,3 4.2 132 66 53,3 Qua kết bảng 3.11, cho thấy điều kiện tối ưu thủy phân rong lục axit : Thời gian: 54 (phút), Nhiệt độ: 123 (oC), Nồng độ axit 3,3 (%v/v) Xác định thành phần đường dịch thủy phân rong Ch.linum axit theo phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) ảng 12 Thành phần hàm lượng loại đường dịch thủy phân rong Ch linum axit stt Các loại đường xác định Hàm lượng đường dịch dịch thủy phân axit thủy phân (g/l) Arabinose Glucose 32,1 Galactose 7,8 Rhamnose 12,6 Xylose 3.2.2.3 Thành phần dịch thủy phân rong lục axit Chúng tiến hành phân tích thành phần dịch thủy phân để từ thấy yếu tố dinh dưỡng tác động đến trình lên men, kết thể bảng 3.13 ảng 13 Thành phần dịch thủy phân rong lục axit 12 Thành phần Phot Lưu Đường Nito Kali Natri Canxi Magie Sắt dịch thủy phân Pho huỳnh 1,8 ± 0,3± 8,2± 0,81 Hàm lượng (g/l) 53 11,2 1,17 1,82 1,34 0,1 0,02 0,2 mg/l 3.2.3 ghi n c u trình th y phân rong l c ằng ch phẩ enzy e 3.2.3.1 Nghiên cứu điều kiện tiền xử lý rong lục trước thủy phân enzyme Ảnh hưởng nồng độ axit đến trình thủy phân sơ rong lục ảng 14 Ảnh hưởng nồng độ axit đến thủy phân sơ rong lục Hàm lượng Nồng độ axit Stt đường dịch pH Độ nhớt cP (%v/v) sau xử lý (g/l) 0,1 3,4 7,2 3500 0,3 5,1 4,6 8000 0,5 6,2 4,1 11000 Qua kết bảng 3.14, chọn nồng độ axit 0,3% v/v sử dụng cho nghiên cứu 3.2.3.2 Lựa chọn chế phẩm enzyme cho trình thủy phân rong lục Hoạt độ loại enzyme hai chế phẩm kết thể bảng 3.15 ảng 15 Hoạt độ loại enzyme chế phẩm Viscozyme Cellulase Chế phẩm Hoạt độ enzyme (U/g) Các loại enzyme Chế phẩm Vis Chế phẩm Cel endoglucanase 81 ± 112 ± exoglucanase 158 ± 208 ± beta glucosidase 362 ± 498 ± ulvanase 0 glucoamylase 146 ± beta galactosidase 118 ± xylanase 133 ± 179 ± Tổng hoạt độ 998 997 Chúng tơi thấy chế phẩm Vis.có chứa nhiều loại enzyme chế phẩm Cel Sau khảo sát hoạt độ loại enzyme hai chế phẩm sử dụng chúng để thủy phân Ch.linum, kết thể bảng 3.16 ảng 16 Kết thủy phân rong Ch.limum enzyme thương mại 13 Enzyme Thời gian 24 h 30 h 36 h Vis 40 U/g 42,5 ± 1,0 49,3 ± 1,3 49,2 ± 1,3 Hàm lượng đường (g/l) Vis.L+ Cel 30:10 U/g 20:20 U/g 10:20 U/g 39,2 ± 1,1 35,6 ± 1,2 30,8 ± 0,8 42,5 ±1,2 38,3 ±1,2 33,7 ± 0,9 44,1 ± 1,2 40,8 ± 1,2 37,2 ± 0,9 Cel 40 U/g 26,8 ± 0,7 31,7 ± 0,8 31,2 ± 0,8 Kết cho thấy chế phẩm Vis.tạo thủy phân rong Ch linum tốt chế phẩm Cel Vì chúng tơi sử dụng chế phẩm Viscozyme L để tiến hành khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân 3.2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân rong lục chế phẩm enzyme Vis Hình Ảnh hưởng nồng độ enzyme Hình 10 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình thủy phân Hình Ảnh hưởng pH Hình 11 Động thái trình thủy phân 14 Qua khảo sát điều kiện thủy phân rong lục chế phẩm enzyme Viscozyme L cho thấy hàm lượng đường tạo thành cao điều kiện: nồng độ enzyme 0,8 ml/g (40U/g), nhiệt độ 50oC, thời gian 30 giờ, pH 5,0 3.2.3.4 Tối ưu hóa điều kiện thủy phân rong lục enzyme để thu nhận dịch có hàm lượng đường cao Tối ưu hóa điều kiện thủy phân rong lục enzyme theo phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm Các yếu tố tối ưu khoảng biến đổi yếu tố (K Đ): Nồng độ enzyme: X1 [0,6-1 (ml/g)] có K Đ: 0,2 ; pH: X2 [4.5-5.5)] có K Đ: 0,5; Thời gian X3 [24-36 (giờ)] có K Đ:6 Lập ma trận thực nghiệm ảng 17 Ma trận thực nghiệm tối ưu thủy phân enzyme Stn X1 X2 X3 Y1 Y2 Y3 Y 0,6 4,5 24 32,2 32,5 32,5 32,40 4,5 24 36,8 36,3 36,1 36,40 0,6 5,5 24 39,5 39,9 39,4 39,60 5,5 24 43,6 43,2 43,1 43,30 0,6 4,5 36 42,2 42,1 43,2 42,50 4,5 36 45,8 46,5 46,3 46,20 0,6 5,5 36 44,2 44,9 44,7 44,60 5,5 36 49,2 48,9 49,2 49,10 Tìm phương trình hồi quy: Y  41.76  1.9 X1 2.39  X  3.84  X F lý thuyết = 0,00048 < 0,05 Vậy mơ hình lập thích hợp Tối ưu hóa điều kiện thủy phân theo phương pháp ox-wilson ảng 18 Tối ưu hóa điều kiện thủy phân rong Ch linum enzyme Hàm lượng đường sau Số TN X1(ml/g) X2(pH) X3 (giờ) thủy phân (g/l) 0,8 30 49,1 0,85 5,2 33 50.3 0,9 5,4 36 49,5 5,6 39 47,1 1,05 5,8 42 46,6 Qua kết bảng 3.18 cho thấy điều kiện tối ưu để thủy phân rong lục enzyme Viscozyme L là: Thời gian: 33 giờ, Nhiệt độ: 50oC, pH 5.2, Nồng độ 0,85 ml/g (42,5U/g) Xác định thành phần đường dịch thủy phân rong Ch.linum chế phẩm Vis theo phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) ảng 19 Thành phần đường dịch thủy phân rong Ch linum chế phẩm Vis 15 Các loại đường xác định Hàm lượng đường dịch dịch thủy phân enzyme thủy phân (g/l) Celllobiose 2,46 Glucose 20,6 Galactose 8,05 Arabinose Xylose Rhamnose Qua bảng 3.19 cho thấy trình thủy phân rong lục enzyme Viscozyme L cho thành phần hỗn hợp đường có ba loại galactose, glucose cellobiose, glucose đường tạo thành lớn Stt 3.2.3.5 Thành phần dịch thủy phân rong Ch.linum enzyme Phân tích thành phần dịch thủy phân rong enzyme kết thể bảng 3.20 ảng 18 Thành phần dịch thủy phân rong lục enzyme Thành phần Phot Lưu Đường Nito Kali Natri Canxi Magie Sắt dịch thủy phân Pho huỳnh 1,6± 0,2± 0,9±0 0,62 Hàm lượng (g/l) 50 0,4 1,07 1,1 1,12 0,1 0,02 ,06 mg/l 3.2.3.6 So sánh thủy phân axit, chế phẩm Viscoenzym L Từ kết nghiên cứu trình thủy phân rong lục axit chế phẩm enzyme, xác định hiệu suất chúng ảng 19 Hiệu suất thủy phân phân axit, chế phẩm enzyme thương mại HL Htp tính Htp tính Phương HL đường HL đường đường theo theo Các loại pháp thủy phân lên men tổng đường đường đường lên thủy từ 100g dịch thủy 100 g thủy phân lên men men phân rong (g) phân (g) rong (g) (%) (%) Chế glucose, phẩm 50 31,5 86 54 galactose, 58 Enzyme cellobiose glucose, Axit 53 39,9 91 68 galactose Kết bảng 3.21 cho thấy hiệu suất thủy phân axit cao thủy phân chế phẩm enzyme Phương pháp thủy phân rong Ch.linum axit triệt để, loại đường tạo thành dạng đường đơn glucose, rhamnose, galactose Phương pháp thủy phân rong Ch.linum enzyme sản phẩm đường tạo thành glucose, galactose, cellobiose 16 Kết nghiên cứu thủy phân rong lục Ch linum phương pháp thủy phân axit enzyme đưa số liệu sau: Để tạo lít dịch rong lục thủy phân axit, cần 100g rong khô, 30ml sunfuric, phối trộn 970 ml nước, gia nhiệt 120 oC giờ, sau cần khoảng 10 ml KOH 50% trung hòa Hàm lượng đường thủy phân 53g/100g rong Thành phần đường dịch gồm glucose, galactose, rhamnose Hiệu suất thủy phân phương pháp axit 91% Để tạo lít dịch rong lục thủy phân chế phẩm enzyme cần 100g rong khô, ml axit sunfuric, phối trộn l nước, gia nhiệt 120 oC 15 phút Sau để nguội bổ sung ml enzyme Viscozyme L, 36 50°C Hàm lượng đường thủy phân 50g/100g rong Thành phần đường dịch gồm glucose, galactose, cellobiose Hiệu suất thủy phân phương pháp enzyme 86% Như qua số liệu phân tích cho thấy :Quá trình thủy phân rong lục Ch linum axit cho thấy thời gian thủy phân nhanh hiệu suất cao 5% so với phương pháp thủy phân enzyme, phương pháp so với phương pháp thủy phân enzyme có nhiều nhược điểm hao tốn lượng để đun lên 120 oC, phải có thiết bị chịu áp lực chống chịu ăn mòn hóa chất, lượng axit tiêu hao cao gấp lần, tốn xút để trung hòa ; sản phẩm thủy phân khơng kiểm sốt dễ ảnh hưởng đến q trình lên men, ngồi tạo lượng đường rhamnose nấm men khơng sử dụng Q trình thủy phân rong lục Ch linum enzyme có nhiều lợi hơn, phương pháp thủy phân nhẹ nhàng, áp suất thường, không tốn nhiên liệu cho gia nhiệt, khơng tốn hóa chất, thiết bị; sản phẩm dịch thủy phân tạo loại đường dễ lên men không tạo sản phẩm khác ảnh hưởng đến q trình lên men Đối với thời gian đường hóa rút ngắn kết hợp đường hóa lên men đồng thời Hơn công nghệ enzyme ngày phát triển tạo chế phẩm có hoạt tính cao nâng cao hiệu suất thủy phân Vì kết nghiên cứu phương pháp thủy phân rong enzyme áp dụng rộng rãi cho nhà máy sản xuất ethanol từ rong 3.3 Nghiên cứu trình lên men ethanol từ dịch thủy phân rong Ch linum 3.3.1 Tuyển chọn nấ en từ dịch th y phân rong Ch.linu ằng axit Tiến hành lên men với chủng nấm men với dịch thủy phân axit kết thể bảng 3.22 ảng 20 Khả lên men ethanol dịch thủy phân rong Ch.linum axit chủng nấm men khác 17 Hàm lượng ethanol g/l Thời Red Thermo Sac Sac Sac gian Ethanol -sacch SHNĐ BKHCM CCC 24 h 6,7±0,09 4,9±0,08 7,3±0,09 7,3±0,1 6,7±0,09 48 h 11,0±0,14 8,8±0,12 11,3±0,12 11,2±0,11 11,0±0,14 15,0±0,18 12,0±0,16 14,7±0,17 14,7±0,15 15,0±0,18 60 h 72 h 17,4±0,23 14,5±0,18 15,1±0,21 16,1±0,19 17,4±0,23 84 h 17,4±0,22 15,1±0,22 15,1±0,21 15,9±0,21 17,0±0,22 17,3±0,21 15,0±0,22 15,0±0,21 15,9±0,21 16,8±0,21 96 h HLM 67 55 50 55 59 ảng 3.22 cho thấy lên men dịch thủy phân rong Ch.linum chủng nấm men Sac SHNĐ tạo hàm lượng ethanol thấp Các chủng nấm men Red Ethanol, Thermosacch, Sac KHCM, SacCCC tạo hàm lượng Ethanol cao Hiệu suất lên men (HLM) chủng 52-67% Red Ethanol chế phẩm nấm men tạo lượng ethanol cao 17,4 g/l, hiệu suất lên men 67% 3.3.2 Tuyển chọn nấ en từ dịch th y phân rong Ch.linum ằng ch phẩ enzyme Khảo sát trình lên men chủng nấm men với dịch thủy phân rong lục chế phẩm enzyme, kết thể bảng 3.23 ảng 21 Khả lên men ethanol dịch thủy phân rong Ch.linum chế phẩm enzyme chủng nấm men khác Hàm lượng ethanol g/l Red Thermo Sac Sac Sac Thời gian ethanol Sacch SHNĐ BKHCM CCC 24 h 2,0±0.04 4,9±0,05 4,1±0,05 5,7±0,05 5,0±0,06 48 h 8,1±0,08 8.8±0,9 6,6±0,06 8,9±0,07 8,8±0,09 60 h 10,4±0,09 10,7±0,9 10,4±0,11 10,7±0,11 12,3±0,13 72 h 12,0±0,12 12,9±0,12 11,9±0,12 12,9±0,12 13,5±0,14 84 h 14,3±0,14 13,8±0,13 12,1±0,12 13,6±0,13 13,7±0,14 96 h 14,4±0,14 13,2±0,13 11,8±0,12 14,0±0,14 13,5±0,14 108 h 14,3±0,15 13,0±0,13 11,7±0,12 13,8±0,13 13,3±0,14 HLM 59 58 49 56 56 ảng 3.23 cho thấy hiệu suất lên men chủng 49-59% môi trường dịch thủy phân enzyme, Red Ethanol chế phẩm nấm men tạo lượng ethanol cao 14,4 g/l, hiệu suất lên men 59% 18 3.3.3 Các y u t ảnh h ng n trình l n en c a dịch th y phân ằng axit enzy e i ch phẩ nấ en Red ethanol 3.3.3.1 Ảnh hưởng nito đến trình lên men ảng 22 Ảnh hưởng nito đến trình lên men dịch thủy phân rong Ch.linum Nguồn nito Các tiêu Dịch lên men (NH4)2SO4 (NH2)2CO2 Hàm lượng đường 53 g/l 53 g/l 53 g/l Nito bổ sung g/l g/l pH 4,5 4,5 4,5 Ethanol (g/l) 17,4 ± 0,1 17,4 ± 0,1 17,4 ± 0,1 Nghiên cứu ảnh hưởng nito đến trình lên men, cho thấy không bổ sung nito việc bổ sung thêm g/l đạm sulphate ure, hàm lượng ethanol thu Điều cho thấy hàm lượng nito dịch thủy phân đủ để nấm men sinh trưởng phát triển Hình 12 Động thái nito trình lên men Hình 13 Ảnh hưởng pH Hình 14 Ảnh hưởng nhiệt độ Hình 3.15Động thái trình lên men 3.3.3.2 Ảnh hưởng pH đến trình lên men Tiến hành lên men dịch thủy phân rong Ch.linum với chế phẩm nấm men Red Ethanol điều kiện thay đổi pH 3,5-5, kết thể hình 19 3.13 Lên men dịch thủy phân rong axit, pH 4,5 nồng độ ethanol đạt cao 17,4g/l Lên men dịch thủy phân rong chế phẩm enzyme pH - 4,5 nồng độ ethanol đạt cao 14,1-14,4 g/l Như vậy, pH thích hợp cho q trình lên men tạo ethanol chế phẩm nấm men Red Ethanol từ dịch thủy phân rong lục 4-4,5 3.3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình lên men Tiến hành lên men dịch thủy phân rong Ch.linum với chế phẩm nấm men Red Ethanol điều kiện thay đổi nhiệt độ 20-35 oC Kết hình 3.14 cho thấy lên men dịch thủy phân rong axit, nhiệt độ 30oC, nồng độ ethanol đạt cao 17,4 g/l Lên men dịch thủy phân chế phẩm enzyme, nhiệt độ khoảng 30-35 oC nồng độ ethanol đạt cao 14,3-14.4g/l Như vậy, nhiệt độ thích hợp cho q trình lên men tạo ethanol chế phẩm nấm men Red Ethanol từ dịch thủy phân rong lục 300C 3.3.3.4 Động thái trình lên men Kết hình 3.15 cho thấy lên men dịch thủy phân rong axit chế phẩm nấm men Red Ethanol với thời gian 72 trình lên men kết thúc Lên men dịch thủy phân rong chế phẩm enzyme chế phẩm nấm men Red Ethanol cho thấy thời gian lên men kết thúc vào thời điểm 96 3.3.4 T i u h a iều iện l n en dịch th y phân rong Ch.linu axit i ch phẩ nấ en Red ethanol ằng Sau tiến hành khảo sát điều kiện lên men, chúng tơi tối ưu hóa điều kiện lên men dịch thủy phân rong Ch.linum theo phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm Các yếu tố tối ưu khoảng biến đổi yếu tố (K Đ): Thời gian: X1[60-84 (giờ)] có K Đ: 12 ; Nhiệt độ: X2 [2530(oC)]có K Đ: 5; pH [4 -5]] có K Đ: 0,5 - Lập ma trận thực nghiệm: ảng 23 Ma trận thực nghiệm lên men dich thủy phân axit Stn X1 X2 X3 Y1 Y2 Y3 Y 60 25 15,6 16,3 15,9 15,9 84 25 18,3 18,6 18,5 18,5 60 35 13,6 13,3 14,4 13,8 84 35 14,4 14,6 14,4 14,5 60 25 14,2 14,3 14,4 14,3 84 25 17,6 17,4 18 17,7 60 35 12,9 13,2 13,2 13,1 84 35 12,9 13,1 12,5 12,8 20 Phương trình hồi quy: Y  15.07  0.8  X 11.52  X  0.6  X F lý thuyết = 0,034 < 0,05 Vậy mơ hình lập thích hợp ảng 24 Tối ưu hóa điều kiện lên men dịch thủy phân axit rong theo Box-wilson Số TN X1(h) X2(oC) X3 (pH) EtOH (g/l) 72 30 4,5 17,8 74 28 4,4 18,1 76 26 4,3 18,2 78 24 4,2 17,6 80 22 4,1 17,2 Vậy điều kiện lên men tối ưu cho hàm lượng ethanol cao ( 18,2 g/l) là: Thời gian: 76 giờ, nhiệt độ: 26oC, pH 4.3 3.3.4.1 Kết chuyển hóa đường dịch thủy phân rong lục axit thành ethanol chế phẩm nấm men Red Ethanol ảng 25 Hàm lượng loại đường ethanol biến đổi trình lên men từ dịch thủy phân axit Hàm lượng (g/l) Thành phần dịch lên men Thời điểm lên Thời điểm lên Thời điểm lên Thời điểm lên men men 24 men 48 men 76 Glucose 32,1 12,1 2,09 0,02 Galactose 7,8 7,55 5,8 0,8 Rhamnose 12,6 12,6 12,6 12,6 Ethanol 15,1 18,2 3.3.4.2 Kết chuyển hóa đường dịch thủy phân rong lục enzyme thành ethanol chế phẩm nấm men Red Ethanol ảng 26 Hàm lượng loại đường ethanol biến đổi trình lên men từ dịch thủy phân rong lục enzyme Hàm lượng (g/l) Thành phần Thời điểm lên Thời điểm lên Thời điểm lên men dịch lên men men men 48 96 Celobiose 2,46 0 Glucose 20,6 5,06 Galactose 8,05 8,01 Ethanol 8,03 14,4 3.3.4.3 Hiệu suất trình lên men từ dich thủy phân rong Ch linum 21 ảng 27Hiệu suất lên men dịch thủy phân axit chế phẩm enzyme Dịch ĐTP ĐLM EtOH HLM (%) HLM theo HLM (g/kg TP (g/l) (g/l) (g/l) theo ĐTP ĐLM (%) rong khô) Axit 53 39,9 18,2 67 89,3 182 Enzyme 50 31,5 14,4 56,4 89,7 144 Chú thích bảng 3.28: ĐTP: Đường dịch thủy phân, ĐLM: Đường lên men Theo kết bảng 3.28 hiệu suất lên men từ dịch thủy phân rong Ch.linum tính theo hàm lượng đường dịch thủy phân (ĐTP) là: hiệu suất lên men dịch thủy phân rong axit 67%, dịch thủy phân rong enzyme 56,4%; tính theo hàm lượng đường lên men (ĐLM) là: hiệu suất lên men dịch thủy phân rong axit 89,3%, dịch thủy phân rong enzyme 89,7%, thu 144-182g ethanol/1kg rong Ch.linum khơ Q trình lên men hai loại dịch thủy phân rong Ch.linum axit enzyme có số điểm khác nhau, nguyên nhân thành phần đường hai loại dịch thủy phân khác Thành phần dịch thủy phân enzyme đường glucose, galactose celobiose nguồn carbohydrate lên men nấm men sử dụng triệt để thích hợp cho lên men Trong thành phần dịch thủy phân axit đường glucose, galactose, rhamnose, lên men nấm men không sử dụng đường rhamnose, Tuy nhiên hàm lượng ethanol tạo thành trình lên men từ dịch thủy phân enzyme thấp so với dịch thủy phân axit lượng đường tạo thành dịch thủy phân axit cao lượng đường dịch thủy phân enzyme (khơng tính đường rhamnose) Thời gian kết thúc lên men dịch thủy phân axit 76 ngắn dịch thủy phân enzyme 96 giờ, thành phần dịch thủy phân axit chứa đường monosaccharid, dịch thủy phân enzyme chứa đường monosaccharid disaccharid nên cần có thời gian chuyển hóa disaccharid thành đường monosaccharid 3.4 hảo sát q trình đƣờng hóa lên men đồng thời (SSF) dịch rong lục sau tiền xử lý Khảo sát q trình đường hóa lên men đồng thời dịch rong Ch.linum sau tiền xử lý với điều kiện đường hóa chế phẩm Viscozyme nồng độ 42,5U/g, nhiệt độ 500C, thời gian thay đổi 0, 6, 9, 12, 15, 18, 21 giờ, sau tiếp tục đường hóa lên men nhiệt độ 300C thời gian 120 Kết thể bảng 3.27 22 ảng 28 Quá trình lên men đồng thời tiến hành thời điểm khác Thời gian đường Hàm lượng Độ nhớt thời Ethanol sau thời hóa thời điểm đường hòa điểm lên men gian lên men 120 bổ sung nấm men tan (g/l) (cP) (g/l) 3,9 ± 0,3 8300 ±125 8,3 ± 0,5 8100 ± 110 18,6 ± 0,8 6200 ± 90 5,1 ± 0,05 12 30,4 ± 0,9 5400 ± 73 11,5 ± 0,11 15 35,8 ± 0,9 3700 ± 52 13,4 ±0,14 18 40,5 ± 1,1 3100 ± 50 13,5± 0,14 21 42,5 ± 1,2 2000 ± 45 13,5± 0,15 Kết bảng 3.27 cho thấy thời điểm đường hóa ban đầu 15 giờ, q trình đường hóa lên men đồng thời diễn thuận lợi, kết thúc trình độ cồn thu 13,4 g/l Do chọn thời gian đường hóa ban đầu 15 thời điểm bổ sung nấm men để tiến hành tiếp tục đường hóa lên men đồng thời 4.1 ẾT LUẬN Tìm lồi rong lục nguyên liệu cho sản xuất ethanol gồm 15 loài thuộc bốn chi rong Chaetomorpha, Cladophora, Ulva, Enteromorpha có sinh khối lớn Đã tiến hành ni trồng thành cơng hai lồi rong Chaetomorpha linum Cladophora socialis Phân tích thành phần hóa học hai loại rong Ch linum Cl socialis, hàm lượng carbohydrate 68-70% /w chất khô hàm lượng đường carbon 95-96% /w đường tổng Chọn rong Chaetomorpha linum thích hợp cho nghiên cứu thủy phân lên men tạo ethanol Xác định điều kiện tối ưu cho xử lý thủy phân rong Ch linum axit: tỷ lệ rong 100g/l, nồng độ axit 3,3%v/v, thời gian thủy phân 54 phút, nhiệt độ 123oC Hàm lượng đường dịch thủy phân 53 g/l, thành phần đường dịch glucose 32,1 g/l; galactose 7,8 g/l; rhamnose 12,5 g/l Xác định điều kiện tối ưu cho xử lý thủy phân rong Ch linum chế phẩm enzyme Vicozyme L: trình tiền xử lý theo tỷ lệ rong 100g/l, nồng độ axit sufurit 0,3%v/v, gia nhiệt 120oC 15 phút; 23 trình đường hóa chế phẩm enzyme Viscozyme L nồng độ 42,5U/g, thời gian thủy phân 33 giờ, nhiệt độ 50oC, pH 5,2 Hàm lượng đường dịch thủy phân 50 g/l, thành phần đường dịch glucose 20,6 g/l, galactose 8,05 g/l, cellobiose 2,46g/l Xác định điều kiện tối ưu lên men ethanol với chế phẩm nấm men Red Ethanol từ dịch thủy phân rong Ch linum axit: thời gian 76 giờ, nhiệt độ 26oC, pH 4,3 Hàm lượng ethanol thu được182 g/kg rong khô Xác định điều kiện lên men ethanol với chế phẩm nấm men Red Ethanol dịch thủy phân Ch linum chế phẩm enzyme Vicozyme L: thời gian 96 giờ, nhiệt độ 30oC, pH 4,5 Hàm lượng ethanol thu 144 g/kg rong khô ước đầu khảo sát điều kiện đường hóa lên men đồng thời dịch rong Ch linum sau tiền xử lý: thủy phân sơ thời gian 15 giờ, nhiệt độ 50oC chế phẩm enzyme Vicozyme L nồng độ 42,5U/g; đường hóa lên men đồng thời với chế phẩm Red Ethanol nhiệt độ 30oC thời gian 120 giờ, hàm lượng ethanol thu 134 g/kg rong khô 4.2 iến Nghị Nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ sản xuất ethanol từ sinh khối rong lục Việt Nam Tiến hành sản xuất ethanol từ rong lục quy mô pilot làm sở phát triển sản xuất theo quy mô công nghiệp 24 ...1 Nghiên cứu lựa chọn nguồn rong lục Việt Nam làm nguyên liệu cho lên men ethanol Nghiên cứu chọn giải pháp xử lý thủy phân rong lục để lên men tạo ethanol Nghiên cứu chọn giải pháp lên men ethanol. .. phân rong lục Những đóng góp luận án - Nghiên cứu cách có hệ thống rong lục từ khảo sát lựa chọn nguồn rong lục đến thủy phân lên men ethanol - Nghiên cứu nguồn rong biển Việt Nam làm nguyên liệu. .. hình nghiên cứu sản xuất ethanol từ nguyên liệu rong biển Việt Nam: khái quát tình hình nghiên cứu Việt Nam Các thành tựu nghiên cứu giúp đánh giá hiệu sản xuất ethanol từ rong lục Việt nam khác