Khảo sát tối ưu hóa một số thông số quá trình lên men bioethanol từ vỏ chuối bằng phương pháp SSCF sử dụng saccharomyces cerevisiae kết hợp với pichia anomal

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT TỐI ƯU HĨA MỘT SỐ THƠNG SỐ CỦA Q TRÌNH LÊN MEN BIOETHANOL TỪ VỎ CHUỐI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SSCF SỬ DỤNG SACCHAROMYCES CEREVISIAE KẾT HỢP VỚI PICHIA ANOMALA Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Thị Tưởng An Sinh viên thực hiện: Đoàn Thị Diễm Phương MSSV: 1151110026 Lớp: 11DSH01 TP Hồ Chí Minh, 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, đồ án tốt nghiệp “Khảo sát tối ưu hóa số thơng số q trình lên men bioethanol từ vỏ chuối phương pháp SSCF sử dụng Saccharomyces cerevisiae kết hợp với Pichia anomala.”là công trình nghiên cứu thực cá nhân tơi, thực sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức dựa hướng dẫn Th.S Trần Thị Tưởng An Các số liệu sử dụng đồ án trung thực có nguồn gốc cụ thể, rõ ràng Nội dung đồ án có kham khảo sử dụng tài liệu thông tin đăng tải sách, tác phẩm, tạp chí trang web theo danh mục tài liệu đồ án LỜI CẢM ƠN Lời em xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh, Ban chủ nhiệm khoa Khoa Cơng Nghệ Sinh Học - Thực Phẩm- Môi Trường tạo điều kiện cho em thực khóa luận Em xin cảm ơn tồn thể thầy Bộ môn Công Nghệ Sinh Học truyền đạt kiến thức kỹ chuyên sâu để em hồn thành khóa luận Trong suốt khoảng thời gian làm khóa luận tốt nghiệp phòng thí nghiệm Năng Lượng Sinh Học – Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Th.S Trần Thị Tưởng An, trường Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh Cơ ln ln theo sát, tận tình bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm chuyên môn, hướng dẫn, động viên em suốt trình em thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến anh, chị làm việc phòng thí nghiệm nhiệt tình hỗ trợ em suốt thời gian làm việc Cảm ơn bố mẹ, người luôn bên cạnh động viên tinh thần em lúc em cảm thấy khó khăn Cuối cùng, cảm ơn tất bạn phòng thí nghiệm người bạn ln bên cạnh giúp đỡ em việc Một lần em xin chân thành cảm ơn Đoàn Thị Diễm Phương Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC  LỜI CẢM ƠN .2 MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC HÌNH ẢNH vi LỜI MỞ ĐẦU .8 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài Nội dung nghiên cứu Bố cụ 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 11 1.1 Giới thiệu bioethanol 11 1.1.1 Các hệ bioethanol 14 1.1.2 Khái niệm .11 1.1.3 Nguồn nguyên liệu lignocellulose để sản xuất bioethanol 15 1.1.4 Ứng dụng lợi ích hạn chế Bioethanol 17 1.1.5 Quy trình sản xuất bioethanol từ nguồn lignocellulose 18 1.1.6 Tình hình sản xuất tiêu thụ Bioethanol Việt Nam giới 26 1.1.7 Tình hình nghiên cứu bioethanol Việt Nam giới 30 1.2 Giới thiệu chuối sứ i Đồ án tốt nghiệp 1.2.1 ối 1.2.2 Thành phần hóa học giá trị dinh dưỡng vỏ trái chuối 1.2.3 Tình hình sản xuất, diện tích sản lượng chuối Việt Nam .2 1.2.4 Tình hình sản xuất sản lượng chuối giới .4 1.3 Giới thiệu chủng nấm men lên men bioethanol 1.3.1 Chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae 1.3.2 Chủng nấm men Pichia anomala 2.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu 2.3 Vật liệu .9 2.3.1 Nguyên vật liệu 2.3.2 Hóa chất sử dụng .9 2.3.3 Thiết bị 2.4 ứu .10 Phương pháp .11 2.4.1 Bố trí thí nghiệm 11 2.4.2 Tiến hành thực 12 2.5 Phương pháp phân tích 15 2.5.1 Phương pháp vi sinh 15 2.5.2 Phương pháp hóa lý 17 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 3.1Khảo sát giống nấm men 24 3.1.1.1 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 24 3.1.1.2 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 25 3.2 Khảo sát số thành phần hóa học vỏ chuối khô 27 3.3 Khảo sát tiền xử lý nguyên liệu acid acetic 4% .28 ii Đồ án tốt nghiệp 3.4 Khảo sát thủy phân lên men đồng thời (SSCF) 29 3.4.1 Khảo sát thời gian lên men 30 3.4.2 Khảo sát nhiệt độ lên men .34 3.4.3 Khảo sát tỷ lệ nấm men .37 3.4.4 Khảo sát tỷ lệ enzyme 40 3.4.5 Khảo sát ảnh hưởng pH .42 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO .48 Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT P L S S F S S C F C T P T S H S C P A D N S A H F P F H P L C S D S D P hụ Si m ul ta Si m ul ta C ôn P h Se pa S ac Pi ch 3, Đ L ên L ên Hi gh pe Sa bo Sa bo Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thông số bioethanol so với xăng 12 Bảng 1.2 Ước tính chi phí sản xuất bioethanol so với xăng 12 Bảng 1.3 Ưu điểm nhược điểm phương pháp tiền xử lý 20 Bảng 1.4 Một số nhà máy sản xuất bioethanol hoạt động Việt Nam [34] 28 Bảng 1.5 Một số cơng trình nghiên cứu bioethanol từ phụ phẩm trái giới 30 Bảng 1.6 Tình hình nghiên cứu sản xuất bioethanol từ vỏ chuối Bảng 3.1 Bố trí nghiệm thức thí nghiệm 14 Bảng 3.1 Thành phần hóa học vỏ chuối .27 Bảng 3.2 Một số thành phần hóa học vỏ chuối khơ sau tiền xử lý với acid acetic 4% 29 Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Nguồn ngun liệu sản xuất bioethanol 11 Hình 1.2 Giá dầu năm năm gần .13 Hình 1.3 Quy trình chuyển đổi sinh khối lignocellulose thành bioethanol 19 Hình 1.4 Tiền xử lý lignocellulose giải phóng cellulose .20 Hình 1.5 Chuối sứ Hình 1.6 Saccharomyces cerevisiae .5 Hình 1.7 Pichia anomala Hình 3.1 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 24 Hình 3.2 Nấm men Pichia anomala 24 Hình 3.3 Đường cong sinh trưởng Saccharomyces cerevisiae môi trường SDB 25 Hình 3.4 Đường cong sinh trưởng Pichia anomala mơi trường SDB .26 Hình 3.6a Thay đổi độ cồn theo thời gian lên men .32 Hình 3.6c Sự thay đổi đường khử theo thời gian lên men 32 Hình 3.6d Sự thay đổi hàm lượng cellulose theo thời gian lên men 33 Hình 3.7a Sự thay đổi nồng độ cồn theo nhiệt độ lên men 35 Hình 3.7b.Sự thay đổi mật độ tế bào theo nhiệt độ lên men 35 Hình 3.7c Thay đổi hàm lượng đường khử cellulose theo nhiệt độ lên men 36 Hình 3.8a Thay đổi độ cồn theo tỷ lệ nấm men 38 Hình 3.8b Thay đổi mật độ tế bào theo tỷ lệ nấm men 38 Hình 3.8c Sự thay đổi đường khử cellulose theo tỷ lệ nấm men 39 Hình 3.9b Thay đổi mật độ tế bào theo tỷ lệ enzyme 41 Hình 3.9c Sự thay đổi đường khử cellulose theo tỷ lệ enzyme 41 Hình 3.10a Sự thay đổi độ cồn theo pH 43 Hình 3.10b Thay đổi mật độ tế bào theo pH 43 Hình 3.10c.Sự thay đổi đường khử cellulose theo pH 44 Hình 3.11a Sự thay đổi độ cồn theo tốc độ khuấy đảo .45 Cách dựng đường chuẩn cellulose - Dung dịch cellulose chuẩn (20 mg/mL): cân xác 1g cellulose hòa tan 50 mL nước cất - Hút 1, 2, 3, 4, 5, 6, mL dung dịch cellulose vào bình định mức 100 mL, thêm nước cất đến vạch mức Các dung dịch pha có nồng độ cellulose 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 mg/mL - Cho 5mL thuốc thử anthrone vào ống nghiệm chứa 0.5mL dung dịch - Mẫu trắng: Hút 0.5 mL nước cất cho vào ống nghiệm, thêm 5mL thuốc thử anthrone - Nung cách thủy phút Làm lạnh nhanh đo OD bước sóng 630nm - Từ giá trị OD, vẽ đồ thị đường chuẩn cellulose Đồ thị đườ ng chuẩ n cellu lose Hàm lượng cellulose (mg/mL) 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.4 0.8 1.2 1.6 0.2 0.6 1.4 M q O PHỤ LỤC B KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU 1.1 Khảo sát thời gian lên men 1.1.1 Hàm lượng đường khử ANOVA Table So Su Df ur m Be 12 15 tw 64 Wi 16, 32 thi 07 To 12 47 tal 66 M F- Pea Ra Val 84 16 0,0 3,2 78, 00 0,5 02 Multiple Range Tests Th Co M Ho ời un ea mo 11, X 87 18, X 25 10 18, X 62 15 23, X 07 20 30, X 73 25 34, X 31 30 34, X 40 35 39, X 46 40 46, X 58 45 50, X 77 50 51, X 08 X 55 51, X 95 60 57, X 77 65 59, X 11 70 62, X 85 75 61, X 05 1.1.2 Hàm lượng cellulose ANOVA Table So Su Df ur m Be 92 15 tw 89 Wi 16 32 thi 46 To 93 47 tal 05 M F- Pea Ra Val 61 12 0.0 9.2 03 00 0.5 14 Multiple Range Tests Th Co M Ho ời un ea mo 75 31 X 70 37 X 34 65 38 X 08 X 60 38 X 85 55 42 X 44 50 44 X 84 45 44 X 87 40 45 X 89 35 51 X 11 30 54 X 21 25 61 X 42 20 61 X 75 10 67 X 46 15 68 X 58 75 X 91 76 X 09 1.2 Nhiệt độ lên men 1.2.1 Hàm lượng đường khử ANOVA Table So Su Df ur m Be 65 tw 31 Wi 1.3 thi 03 To 66 11 tal 62 M F- Pea Ra Val 21 13 0.0 77 3.6 00 0.1 62 Multiple Range Tests Nh Co M Ho iệt un ea mo 40 40 X 39 35 44 X 15 Ro 45 X o 24 30 46 X 69 1.2.2 Hàm lượng cellulose ANOVA Table So Su Df ur m Be 48 tw 6.4 Wi 0.8 thi 20 To 48 11 tal 7.2 M F- Pea Ra Val 16 15 0.0 2.1 81 00 0.1 02 Multiple Range Tests Nh Co M Ho iệt un ea mo 35 31 X 02 40 35 X 13 30 37 X ro 48 X o 24 1.2.3 Nồng độ cồn ANOVA Table So Su Df M F- Pur m ea Ra Val Be 0,8 0,2 80, 0,0 tw 03 67 33 00 Wi 0,0 0,0 thi 26 03 To 0,8 11 tal Multiple Range Tests Nh Co M Ho iệt un ea mo ro 3,1 X o 66 30 3,3 X 33 40 3,4 X 33 35 3,8 X 66 1.3 Khảo sát tỷ lệ nấm men 1.3.1 Hàm lượng đường khử ANOVA Table So Su Df M F- Pur m ea Ra Va ce of n tio lue Be 11 27, 34, 0,0 tw 0,0 52 61 00 Wi 7,9 10 0,7 thi 52 95 To 11 14 tal 8,0 Multiple Range Tests SC Co M Ho :P un ea mo A t n ge 2: 44, ne X 96 3: 45, X 67 1: 45, X 69 4: 50, X 58 1: 51, X 27 1.3.2 Hàm lượng cellulose ANOVA Table So Su Df M F- Pur m ea Ra Val Be 31, 7,7 28, 0,0 tw 02 56 90 00 Wi 2,6 10 0,2 thi 83 68 To 33, 14 tal 70 Multiple Range Tests Tỷ Co M Ho lệ un ea mo 1: 31, X 13 4: 31, X 52 3: 33, X 95 2: 34, X 35 1: 34, X 1.3.3 Nồng độ cồn ANOVA Table So Su Df ur m Be 0,1 tw 96 Wi 0,0 10 thi 28 To 0,2 14 tal 25 M F- Pea Ra Val 0,0 17, 0,0 49 35 00 0,0 02 Multiple Range Tests Tỷ Co M Ho lệ un ea mo 3: 3,6 X 33 2: 3,6 X 66 4: 3,6 X 83 1: 3,8 X 33 1: 3,9 X 33 1.4 Khảo sát tỷ lệ enzyme Hàm lượng đường khử ANOVA Table So Su Df M F- Pur m ea Ra Val Be 43, 10, 27, 0,0 tw 06 76 29 00 Wi 3,9 10 0,3 thi 45 94 To 47, 14 tal 01 Multiple Range Tests Tỷ Co M Ho lệ un ea mo 0,1 16, X 49 0,3 18, X 11 0,5 18, X 38 0,7 20, X 72 0,9 20, X 99 1.4.2 Hàm lượng cellulose ANOVA Table So Su Df M F- Pur m ea Ra Val Be 15 39, 11 0,0 tw 6,2 05 3,6 00 Wi 3,4 10 0,3 thi 35 43 To 15 14 tal 9,6 Multiple Range Tests Tỷ Co M Ho lệ un ea mo 0,9 28, X 13 0.7 29, X 26 0.5 30, X 08 0,3 32, X 17 0,1 37, X 27 10 1.4.3 Nồng độ cồn ANOVA Table So Su Df ur m Be 2,2 tw 09 Wi 0,0 10 thi 46 To 2,2 14 tal 56 M F- Pea Ra Val 0,5 11 0,0 52 8,3 00 0,0 04 Multiple Range Tests Tỷ Co M Ho lệ un ea mo 0,3 3,0 X 66 0,1 3,6 X 33 0,5 3,9 X 33 0,7 4,0 X 66 0,7 4,1 X 1.5 Khảo sát ảnh hưởng pH 1.5.2 Hàm lượng đường khử ANOVA Table So Su Df ur m Be 21, tw 46 Wi 4,2 thi 41 To 25, tal 70 M F- Pea Ra Val 10, 15, 0,0 73 18 04 0,7 06 Multiple Range Tests pH Co M Ho unt ea mo 5,5 35, X 21 4,5 31, X 47 33, X 83 11 1.5.3 Hàm lượng cellulose ANOVA Table So Su Df ur m Be 8,9 tw 74 Wi 2,1 thi 60 To 11, tal 13 M F- Pea Ra Val 4,4 12, 0,0 87 46 07 0,3 60 Multiple Range Tests pH Co M Ho un ea mo 5,5 35, X 85 4,5 37, X 88 38, X 04 1.4.2 Nồng độ cồn ANOVA Table So Su Df ur m Be 0,9 tw 48 Wi 0,0 thi To 1,0 tal 28 M F- Pea Ra Val 0,4 35, 0,0 74 58 00 0,0 13 Multiple Range Tests pH Co M Ho un ea mo 4,5 3,4 X 33 4,0 X 66 5,5 4,1 X 66 12 1.6 Ảnh hưởng tốc độ khuấy đảo 1.6.1 Hàm lượng đường khử ANOVA Table So Su Df ur m Be 17 tw 1,6 Wi 1,4 thi 59 To 17 11 tal 3,1 M F- Pea Ra Va 57, 31 0,0 22 3,7 00 0,1 82 Multiple Range Tests Tố Co M Ho c un ea mo 50 19, X 35 10 23, X 61 15 27, X 01 20 29, X 41 1.6.2 Hàm lượng cellulose ANOVA Table So Su Df ur m Be 12 tw 3,1 Wi 5,6 thi 85 To 12 11 tal 8,8 M F- Pea Ra Val 41, 57, 0,0 05 77 00 0,7 10 Multiple Range Tests Tố Co M Ho c un ea mo 20 39, X 25 15 39, X 64 10 45, X 17 50 46, X 41 13 1.6.3 Nồng độ cồn ANOVA Table So Su Df ur m Be 0,8 tw 77 Wi 0,0 thi 78 To 0,9 11 tal 55 M F- Pea Ra Val 0,2 29, 0,0 92 87 00 0,0 09 Multiple Range Tests Tố Co M Ho c un ea mo 50 3,6 X 10 3,8 X 15 4,0 X 66 20 4,1 X 33 14 PHỤ LỤC C BẢNG KẾT QUẢ KHẢO SÁT THỦY PHÂN VÀ LÊN MEN SSCF Bảng Kết khảo sát thời gian lên men T H H Đ M p h à ộ ật H ời m m cồ đ lư lư n ộ gi ợ ợ ( tế a 5, , 6, , 11 6 7, , 12 5 8, , 23 0 1, , 23 1, , 33 4 4, , 33 5 1, , 44 4 5, , 45 4 4, , 55 4 4, , 55 4 2, , 65 8, , 65 9 8, , 76 7, , 76 1, , 15 Bảng Kết khảo sát nhiệt độ lên men N h i ệ t P h 3 H H ĐM à ộ ậ m m t c l l đ 4 , 3 , 3 , ,4 3, 38 , Bảng Kết khảo sát tỷ lệ nấm men M ậ S Đ C t C eN đ : lồ ộ P n ln A g ug t 3 , 3 1 1, , 5 3 1, , , 3 4, , , 3 3, , , Bảng Kết khảo sát tỷ lệ enzyme đến trình SSCF T H H N ỷ à lệ m m n lư lư g e ợ ợ đ n 0, 2, 6, 7, 0, 3, 8, 2, 0, 3, 8, 0, 0, 2 4, 0, 9, 0, 2 4, 1, 8, M ật đ ộ tế 12 ,0 11 ,2 15 ,3 17 ,0 17 ,1 16 Bảng Kết khảo sát ảnh hưởng pH p H H H à m m lư lư ợ ợ 4, 3 7, 3 3, 2, 5, 3 5, 0, N n g đ 3, 4, 4, M ật đ ộ tế 10 ,9 12 ,0 17 ,3 Bảng Kết khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đảo T ốc đ ộ H H N M à ật m m n đ lư lư g ộ ợ ợ đ tế (v 3, 10 9, 6, ,0 3, 12 3, 5, ,0 4, 15 7, 9, ,0 2 4, 17 9, 9, ,0  Ghi chú: Các giá trị trung bình lần lặp lại, cột giá trị có chữ thể khác biệt khơng có ý nghĩa thống kê mức độ tin cậy 95% 17 ... đồ án tốt nghiệp Khảo sát tối ưu hóa số thơng số trình lên men bioethanol từ vỏ chuối phương pháp SSCF sử dụng Saccharomyces cerevisiae kết hợp với Pichia anomala.”là cơng trình nghiên cứu thực... bioethanol từ vỏ chuối phương pháp SSCF sử dụng Saccharomyces cerevisiae kết hợp với Pichia anomala” với nội dung nghiên cứu sau: - Khảo sát số thành phần hóa học vỏ chuối - Khảo sát điều kiện tối ưu. .. vỏ chuối acid acetic - Khảo sát tối ưu hóa số thơng số cho q trình lên men SSCF sử dụng kết hợp Saccharomyces cerevisiace Pichia anomala - - Saccharomyces cerevisiae Pichia anomala - Phương pháp