Khảo sát quá trình lên men bioethanol sử dụng nguyên liệu vỏ chuối (musa paradisiaca)​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH LÊN MEN BIOETHANOL SỬ DỤNG NGUYÊN LIỆU VỎ CHUỐI (MUSA PARADISIACA) Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn : TS LÊ THỊ KIM PHỤNG Th.S TRẦN THỊ TƯỞNG AN Sinh viên thực MSSV: 1051110086 : CHÂU NHẬT HUY Lớp: 10DSH01 TP Hồ Chí Minh, 2014 Đồ án tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN ĐÂY LÀ CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐƯỢC THỰC HIỆN TẠI ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học ThS Trần Thị Tưởng An Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, đồ án sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung đồ án Trường đại học Công nghệ TP.HCM không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây q trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng năm 2014 Sinh viên thực Châu Nhật Huy Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong q trình nghiên cứu Phịng nghiên cứu Năng lượng sinh học trường ĐH Bách Khoa TP.HCM, nhận hướng dẫn, bảo tận tình quan tâm q thầy Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc Ngoài ra, chúng em cảm ơn đến anh chị cán phịng thí nghiệm lượng sinh họcđã giúp đỡ, hướng dẫn, giải đáp thắc mắc trình thực tập Xin trân trọng cảm ơn: • Th.S Trần Thị Tưởng An , Bộ mơn Q Trình & Thiết Bị, Khoa Kỹ Thuật Hóa Học, Trường Đại học Bách Khoa, TP Hồ Chí Minh Xin cảm ơn người trực tiếp hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ, hỗ trợ kinh phí cho tơi thực đề tài • TS Nguyễn Đình Qn – cảm ơn thầy tạo điều kiện thuận lợi trình thực giải đáp số thắc mắc giúp tơi • Chị Trần Phước Nhật Un, Chị Vũ Lê Vân Khánh, Anh Phan Đình Đơng, anh Hải, anh Thiên Chú Nguyễn Văn Khanh– sẵn sàng giải đáp, trao đổi thắc mắc trình thực tập xưởng Cũng xin cám ơn bạn sinh viên đến từ trường ĐH Bách Khoa, Tôn Đức Thắng ĐH Lạc Hồng, thời gian thực bạn giúp đỡ nhiệt tình Một lần xin chân thành cám ơn quý thầy cô bạn! Sinh viên thực Châu Nhật Huy Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Bioethanol 1.1.1 Giới thiệu chung bioethanol 1.1.2 Phân loại bioethanol 1.1.2.1 Bioethanol hệ thứ 1.1.2.2 Bioethanol hệ thứ hai 1.1.2.3 Bioethanol hệ thứ ba 1.1.3 Nguồn nguyên liệu cho sản xuất 1.1.3.1 Sucrose 1.1.3.2 Tinh bột 1.1.3.3 Lignocellulose 1.1.3.4 Cellulose 1.1.3.5 Hemicellulose 10 1.1.3.6 Lignin 10 1.1.4 Ưu nhược điểm bioethanol 10 1.1.4.1 Ưu điểm 11 1.1.4.2 Nhược điểm 11 1.1.5 Tình hình sản xuất tiêu thụ bioethanol giới Việt Nam 12 i Đồ án tốt nghiệp 1.1.5.1 Trên giới 12 1.1.5.2 Tại Việt Nam 14 1.1.6 Các cơng trình nghiên cứu sản xuất bioethanol 16 1.1.6.1 Trên giới 16 1.1.6.2 Ở Việt Nam 18 1.1.7Các phương pháp sản xuất bioethanol 20 1.1.7.1 Khái niệm 20 1.1.7.2 Sản xuất bioethanol từ nguyên liệu lignocelluloses 21 1.1.7.3 Quá trình phương pháp tiền xử lý 21 1.1.7.4 Quá trình thủy phân 25 1.1.7.1 Quá trình lên men 26 1.1.7.5 So sánh ưu nhược điểm phương pháp SSF SHF 29 1.1.7.6 Quá trình chưng cất tinh chế 30 1.2.Nguyên liệu 32 1.2.1 Giới thiệu chuối 32 1.2.2 Diện tích sản lượng chuối Việt Nam 32 1.23 Tình hình sản xuất chuối giới 33 1.3 Lựa chọn chủng nấm men sản xuất ethanol 34 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu 35 2.2 Đối tượng nghiên cứu 35 2.3 Vật liệu nghiên cứu 35 2.3.1 Nguyên vật liệu 35 2.3.2 Thiết bị dụng cụ dùng nghiên cứu 35 ii Đồ án tốt nghiệp 2.4 Tiến hành thí nghiệm 35 2.4.1Lên men riêng (SHF) 32 2.4.1.1 Thí nghiệm 1: Tiền xử lý 34 2.4.1.2 Thí nghiệm 2: Thuỷ phân 34 2.4.1.3 Thí nghiệm 3: Lên men 36 2.4.2 Thuỷ phân Lên men đồng thời (Simultaneous saccharification and fermemtation, SSF) 37 2.5.Bố trí thí nghiệm 38 2.6 Các phương pháp phân tích 40 2.6.1 Phương pháp hóa lý 40 2.6.1.1 Phương pháp xác định độ ẩm 40 2.6.1.2 Phương pháp xác định đường khử phương pháp DNS 40 2.6.1.3 Phương pháp xác định lượng cellulose Anthrone 41 2.6.1.4 Phương pháp xác định hoạt tính enzyme 41 2.6.1.5 Xác định pH, độ rượu tổng số chất khô hòa tan 43 2.6.2 Phương pháp vi sinh 43 2.6.2.1 Phương pháp nuôi cấy nấm men 43 2.6.2.2 Phương pháp đếm khuẩn lạc 44 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1 Kết khảo sát phương pháp thuỷ phân 46 3.1.1 Thuỷ phân H2SO4 47 3.1.2 Thuỷ phân Cellulase 48 3.2 Kết khảo sát phương pháp lên men 48 3.2.1 Kết khảo sát thời gian lên men SHF 48 iii Đồ án tốt nghiệp 3.2.2 Kết khảo sát nhiệt độ lên men SHF 52 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH lên men SHF 54 3.2.4 Kết khảo sát tỉ lệ giống nấm men lên men SHF 56 3.2.5 Kết khảo sát thời gian lên men SSF 57 3.2.6 Kết khảo sát nhiệt độ lên men SSF 60 3.2.7 Kết khảo sát ảnh hưởng pH lên men SSF 61 3.3 Kết đo hoạt tính enzyme 62 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC A.Cách xây dựng đường chuẩn định lượng đường khử (glucose) PHỤ LỤC B.Cách xây dựng đường chuẩn định lượng cellulose PHỤ LỤC C.Quy trình nhân giống nấm men PHỤ LỤC D.Bảng số liệu kết iv Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc linocellulose Hình 1.2 Chuỗi mạch thẳng cellulose 10 Hình 1.3 Chuối musha paradisiaca .16 Hình 2.1 Quy trình lên men SHF 32 Hình 2.2 Quy trình lên men SSF 37 Hình 3.1 Hàm lượng glucose cellulose thuỷ phân cellulase ngày 47 Hình 3.2 Hàm lượng glucose cellulose thuỷ phân cellulase ngày 47 Hình 3.3 Hàm lượng glucose cellulose thuỷ phân cellulase ngày 48 Hình 3.4 Hàm lượng glucose cellulose thuỷ phân H2SO4 48 Hình 3.5 Sự thay đổi độ cồn theo thời gian lên men SHF 49 Hình 3.6 Sự thay đổi độ Brix theo thời gian lên men SHF 50 Hình 3.7 Sự thay đổi hàm lượng glucose theo thời gian lên men SHF 51 Hình 3.8 Sự thay đổi độ cồn Brix theo nhiệt độ lên men SHF 53 Hình 3.9 Sự thay đổi hàm lượng glucose cellulose theo nhiệt độ lên men SHF 53 Hình 3.10 Sự thay đổi độ cồn Brix theo pH lên men SHF 54 Hình 3.11 Sự thay đổi hàm lượng glucose cellulose theo pH lên men SHF …55 Hình 3.12 Sự thay đổi độ cồn Brix theo tỉ lệ giống lên men SHF 56 Hình 3.13 Sự thay đổi hàm lượng glucose cellulose theo tỉ lệ giống lên men SHF 56 Hình 3.14 Sự thay đổi độ cồn độ Brix theo thời gian lên men SSF 57 Hình 3.16 Sự thay đổi hàm lượng glucose theo thời gian lên men SSF 58 v Đồ án tốt nghiệp Hình 3.16 Sự thay đổi độ cồn brix theo nhiệt độ lên men SSF .60 Hình 3.17 Sự thay đổi độ cồn Brix theo pH lên men SSF .60 vi Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT SSF Thuỷ phân lên men đồng thời SHF Thuỷ phân lên men riêng biệt SSCF Đồng đường hoá đồng lên men vii ... lên men SHF 54 3.2.4 Kết khảo sát tỉ lệ giống nấm men lên men SHF 56 3.2.5 Kết khảo sát thời gian lên men SSF 57 3.2.6 Kết khảo sát nhiệt độ lên men SSF 60 3.2.7 Kết khảo sát ảnh... Kết khảo sát phương pháp lên men 48 3.2.1 Kết khảo sát thời gian lên men SHF 48 iii Đồ án tốt nghiệp 3.2.2 Kết khảo sát nhiệt độ lên men SHF 52 3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH lên. .. nhằm khảo sát qua rút điều kiện tối ưu phương pháp lên men bioethanol sử dụng nguyên liệu vỏ chuối Nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài tập trung vào nghiên cứu: 3.1 Khảo sát so sánh kết thuỷ phân vỏ chuối