Khả năng sử dụng nấm men cố định để lên men ethanol

Mục đích của nghiên cứu này là khảo sát khả năng cố định Sacharomyces cerevisiae để sản xuất ethanol sinh học từ vỏ ca cao. Với mục đích này, các polyme tương thích sinh học như polyvinil (PVA), alginate được sử dụng bổ sung vào dung dịch CaCl2 và H3BO3 để cố định nấm men.

Khả sử dụng nấm men cố định để lên men ethanol ThS TRẦN THỊ TƯỞNG AN KS NGÔ LÊ HỒNG DUYÊN Bioethanol sản xuất cách lên men đường từ vật liệu nông nghiệp thải khác Bất kỳ hệ thống sản xuất ethanol sinh học chọn, phải ý đến tổng thể kinh tế tiêu thụ lượng Mục đích nghiên cứu khảo sát khả cố định Sacharomyces cerevisiae để sản xuất ethanol sinh học từ vỏ ca cao Với mục đích này, polyme tương thích sinh học polyvinil (PVA), alginate sử dụng bổ sung vào dung dịch CaCl2 H3BO3 để cố định nấm men Để xác định hiệu suất cố định nồng độ chất mang dung dịch khảo sát Nồng độ tốt để hạt gel có cấu trúc ổn định, tế bào cố định trao đổi chất tốt nồng độ PVA 12% acid boric 7% cho hiệu suất cố định lớn hai loại tế bào nấm men Saccharomyces cerevisia đạt 98% Đây nồng độ PVA acid boric thích hợp để cố định tế bào Chất mang PVA có đặc tính lý khả chịu đựng tốt Từ khóa: alginate, bioethanol, cố định, Sacharomyces cerevisiae, PVA Đặt vấn đề Như biết, kinh tế giới tương lai phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hóa thạch, nguồn tài ngun có dầu thơ tác nhân gây ô nhiễm môi trường lớn báo động vào giai đoạn cạn kiệt tất yếu tài nguyên tự nhiên hữu hạn bị khai thác tối đa Cần phải bảo vệ môi trường sống trái đất dài lâu cần phát triển kinh tế với tốc độ cao quy mô rộng làm cho an ninh lượng toàn cầu ngày bị đe dọa nghiêm trọng Do đó, nhiệm vụ tìm kiếm nguồn thay cho nhiên liệu hóa thạch đặt gần nửa kỷ qua ngày trở nên cấp thiết Bioethanol nguồn nhiên liệu đầy hứa hẹn tương lai thay cho nguồn nhiên liệu hóa thạch, nguồn nhiên liệu tái tạo Bioethanol thường sản xuất nấm men tự do, nhiên lên men nấm men tự gặp số vấn đề thời gian lên men dài, suất lên men thấp, tiêu tốn nhiều lượng để tách nấm men sau trình lên men Để khắc phục, ta dùng phương pháp cố định nấm men với nhiều ưu điểm như: Tốc độ sử dụng glucose, tốc độ sinh tổng hợp ethanol cao dù diện tích bề mặt dùng để vận chuyển chất dinh dưỡng nhỏ hơn, khả tái sử dụng nấm men cố định giúp giảm thời gian nuôi cấy thời gian lên men, ổn định hoạt tính nấm men Vỏ cacao nguồn phế phẩm nơng nghiệp giàu lignocellulose nên sử dụng để lên men tạo bioethanol hiệu quả, tận dụng nguồn vỏ phế phẩm Với sản lượng năm 27 SỐ 02 NĂM 2019 KHOA HỌC KỸ THUẬT TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ VÀ MƠI TRƯỜNG 28 KHOA HỌC KỸ THUẬT khoảng 1-2 tấn/ha, lượng vỏ thải gánh nặng lớn môi trường Bên cạnh đó, cacao cho thu hoạch gần quanh năm nên nguồn cung nguyên liệu thuận lợi Trong báo cáo trình bày trình thực để khảo sát lên men ethanol phương pháp cố định tế bào ứng dụng nguồn nguyên liệu phế phẩm nông nghiệp vỏ trái cacao cứu PVA CaCl2 bổ sung vào H3BO3 Tạo hạt alginate có chứa nấm men, để tủ lạnh tiếng để nấm men cố định bền cấu trúc - Tiến hành khảo sát nồng độ alginate (1%, 2%, 3%, 4%): Giữ chất mang PVA nồng độ 12%, tạo hạt dung dịch H3BO3 7% CaCl2 2% Nguyên liệu phương pháp nghiên - Tiến hành khảo sát khả cố định tế bào nấm men nồng độ PVA (10%, 11%, 12%, 13%, 14%) H3BO3 (5%, 6%, 7%, 8%, 9%) khác 2.1 Nguyên liệu - Trước cố định: Kiểm tra mật độ tế bào dịch nấm men ban đầu (môi trường SDB) Vỏ ca cao: Thu gom từ vùng trồng cacao hợp tác xã Tiền Giang Vỏ trái cacao vừa tách hạt đem rửa sạch, phơi ánh nắng mặt trời ngày, sau cắt thành mảnh nhỏ Các mảnh nhỏ sấy tủ sấy nhiệt độ 70oC khoảng ngày khối lượng không đổi Nguyên liệu sau sấy xay nhuyễn thành bột, bảo quản hộp nhựa PE đóng kín, để nhiệt độ phịng Giống vi sinh vật sử dụng: Saccharomyces cerevisiae Chủng hoạt hóa cấy truyền thạch nghiêng, bảo quản 400C cấy truyền hai tuần lần để giữ giống Môi trường dinh dưỡng sử dụng nghiên cứu: Mơi trường nhân giống hoạt hóa nấm men SBD (Saboiraud Dextrose Broth), môi trường nuôi cấy nấm men SDA (Sabouraud Dextrose Agar) Hóa chất sử dụng để cố định nấm men: Polyvinyl alcohol (PVA), Alginate, Acid boric (H3BO3), Canxi clorua (CaCl2) 2.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp bố trí thí nghiệm Hình 1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm Khảo sát nồng độ PVA H3BO3 để cố định tế bào S.cerevisiae - Để tăng khả tạo hạt, tiến hành bổ sung aliginate tạo hạt với chất mang Sau cố định: Kiểm tra mật độ tế bào không cố định kiểm tra mật độ tế bào sống hạt cố định chất mang PVA H3BO3 - Các nghiệm thức khảo sát khả cố định tế bào nấm men nồng độ PVA Bảng Các nghiệm thức khảo sát khả cố định tế bào S.cerevisiae PVA 10% 11% 12% 13% 14% 5% NT1 NT2 NT3 NT4 NT5 6% NT6 NT7 NT8 NT9 NT10 7% NT11 NT12 NT13 NT14 NT15 8% NT16 NT17 NT18 NT19 NT20 9% NT21 NT22 NT23 NT24 NT25 H3BO3 Phương pháp Vi sinh Phương pháp giữ giống nấm men: Tiến hành cấy giống nấm men từ ống nghiệm gốc sang ống môi trường thạch nghiêng SDA chuẩn bị - Phương pháp nhân giống hoạt hóa giống nấm men nhằm tăng sinh khối, tăng hoạt lực giống trước đưa vào lên men Ở đề tài tiến hành nhân giống qua hai giai đoạn: Giai đoạn nấm men sau tăng sinh môi trường thạch nghiêng SDA Khuẩn lạc cấy ria sang môi trường thạch đĩa Chọn khuẩn lạc riêng rẽ cấy vào ống nghiệm chứa 10mL môi trường SDB Nuôi 37oC 48 Giai đoạn cho toàn nấm men ni giống giai đoạn vào erlen có chứa 200mL môi trường SDB vô trùng, nuôi 37oC 48 Tạo hạt alginate có chứa nấm men, để tủ lạnh tiếng để nấm men cố định bền cấu trúc Dùng phương pháp đếm khuẩn lạc xác định hiệu suất cố định tế bào Kết Ảnh hưởng nồng độ PVA: PVA có tính đàn hồi bền học cao, khả cố định tế bào tốt Chất mang PVA có cấu trúc lỗ xốp đặc trưng Nhờ có cấu trúc đặc biệt mà PVA trở thành chất mang hữu hiệu để cố định tế bào vi sinh vật mà không làm cản trở đến trình sinh trưởng phát triển tế bào vi sinh vật cố định bên Hình 2: Hạt từ chất mang PVA-alginate cố định nấm men Cố định lạnh đơng hình thành gel với hệ thống lỗ xốp làm cho chất sản phẩm phản ứng thấm qua chất mang dễ dàng Tuy nhiên cố định tế bào vi sinh vật điều kiện nhiệt độ thấp ảnh hưởng nhiều đến hoạt tính vi sinh vật Kết khảo sát mật độ tế bào cố định chất mang PVA - alginate Mật độ S.cerevisia bình nhân giống: 107,5 cfu/ml v Saccharomyces cerevisia cách tạo cryogel Acid boric (H3BO3) dung dịch hỗ trợ tạo hạt PVA, nồng độ acid boric phụ thuộc vào tỷ lệ phần trăm PVA sử dụng Việc cố định tế bào phụ thuộc vào việc tạo hạt gel, phụ thuộc vào nồng độ PVA acid boric, nồng độ PVA acid boric tăng khả tạo hạt gel tăng, mật độ tế bào cố định cao nhờ hạt gel PVA khó bị vỡ, có tính đàn hồi cao Nồng độ PVA 12% acid boric 7% có hiệu suất cố định tế bào nấm men Saccharomyces cerevisia đạt 98%; nồng độ PVA 12% acid boric 5%, nồng độ PVA 13% acid boric 7% có hiệu suất cố định tế bào nấm men Saccharomyces cerevisia đạt 94%; nồng độ PVA 13% acid boric 5% có hiệu suất cố định tế bào nấm men Saccharomyces cerevisia đạt 94% Có thể thấy nồng độ PVA cao hiệu suất cố định tế bào tăng Do nồng độ PVA cao hạt chặt lỗ xốp nhỏ tế bào trơi Chất mang PVA có đặc tính lý khả chịu đựng tốt hơn, nhiên nồng độ cồn sản phẩm thấp hiệu suất lên men không cao Từ kết ta có nồng độ PVA 12% acid boric 7% cho hiệu suất cố định lớn hai loại tế bào nấm men Saccharomyces cerevisia đạt 98% Đây nồng độ PVA acid boric thích hợp để cố định tế bào Kết luận Khi khảo sát nồng độ PVA nồng độ acid boric để cố định nấm men Saccharomyces ceresiviae đạt mật độ tế bào cao nhất: - Nồng độ chất tạo hạt PVA 12% - Dung dịch tạo hạt acid boric 7,0% - CaCl2 2,0% tối ưu cho trình cố định tế bào nấm men./ TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình 3: Hiệu suất cố định tế bào (%) v Nhận xét: Polyvinyl alcohol (PVA) cố định tế bào Lê Văn Việt Mẫn, Bùi Thanh Huyền, Rượu lên men với nồng độ glucose ban defferent cách sử dụng nấm men cố định gel alginate, Tạp chí phát triển KH & CN, tập 11, SO 12- 2008 Nguyễn Văn Phát (2013), Buớc đầu khảo sát tiền xử lý thủy phân vỏ cacao để làm nguyên liệu cho trình lên men bioethanol Saccharomyces cerevisiae, Khóa luận tốt nghiệp đại học, Ðại học Cần Thơ, Việt Nam Kourkoutas, Y., Bekatorou, A., Banat, I.M., Koutionas, A.A., Immobilization technologies and support materials suitable in alcohol berverages production: a review, Food Microbiology, Vol.21, 2004, 377 - 397 Biofuel Production”, Industrial & Engineering Chemistry Research, 48, 3713-3729 29 SỐ 02 NĂM 2019 KHOA HỌC KỸ THUẬT ... kiểm tra mật độ tế bào sống hạt cố định chất mang PVA H3BO3 - Các nghiệm thức khảo sát khả cố định tế bào nấm men nồng độ PVA Bảng Các nghiệm thức khảo sát khả cố định tế bào S.cerevisiae PVA 10%... Mơi trường nhân giống hoạt hóa nấm men SBD (Saboiraud Dextrose Broth), môi trường nuôi cấy nấm men SDA (Sabouraud Dextrose Agar) Hóa chất sử dụng để cố định nấm men: Polyvinyl alcohol (PVA), Alginate,... thực để khảo sát lên men ethanol phương pháp cố định tế bào ứng dụng nguồn nguyên liệu phế phẩm nông nghiệp vỏ trái cacao cứu PVA CaCl2 bổ sung vào H3BO3 Tạo hạt alginate có chứa nấm men, để tủ