Đồ án tốt nghiệp tận dụng bã chưng cất hỗn hợp lên men rơm rạ thành bioethanol làm nguồn dinh dưỡng thay thế bột ngô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TẬN DỤNG BÃ CHƯNG CẤT HỐN HỢP LÊN MEN RƠM RẠ THÀNH BIOETHANOL LÀM NGUỒN DINH DƯỠNG THAY THẾ BỘT NGÔ CHUN DỤNG TRONG Q TRÌNH SẢN XUẤT BIOETHANOL THEO CƠNG NGHỆ THỦY PHÂN VÀ LÊN MEN ĐỒNG THỜI Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn : T.S NGUYỄN ĐÌNH QUÂN Sinh viên thực MSSV: 1051110165 : THÁI THỊ THÙY TRANG Lớp: 10DSH02 TP Hồ Chí Minh, 2014 Đồ án tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ từ Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Đình Quân Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, đề tài sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả, quan tổ chức khác, thể phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, kết luận văn Thái Thị Thùy Trang Đồ án tốt nghiệp LỜI CÁM ƠN Trong suốt bốn năm học tập rèn luyện trường, luận văn tốt ngiệp sản phẩm đúc kết lại trình nghiên cứu thực hành sinh viên Chính kiến thức mà em tiếp thu tảng vững giúp em hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn thầy cô khoa Công nghệ sinh học - Thực phẩm - Môi trường, môn Công nghệ sinh học trường đại học Công Nghệ T.p Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy giúp đỡ em thời gian qua Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy TS Nguyễn Đình Quân người đưa em tới hướng nghiên cứu, đồng thời giúp đỡ kiến thức tạo điều kiện để em hoàn thành tốt luận văn Em xin cảm ơn chị Trần Phước Nhật Uyên, chị Vũ Lê Vân Khánh, anh Phạm Đình Đơng nhiệt tình giúp đỡ em Em xin cảm ơn gia đình bạn bè ln chỗ dựa vững học tập nguồn động lực lớn để em phấn đấu Vì thời gian có hạn, kinh nghiệm lẫn kiến thức chun mơn cịn thiếu điều kiện khách quan nên trình làm luận văn cịn nhiều thiếu sót Vì em kính mong nhận đóng góp ý kiến Thầy bạn để em khắc phục sai sót nhằm hồn thiện luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn gởi lời chúc thành công đến tất người Thái Thị Thùy Trang Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Lý chọn đề tài nhiệm vụ luận văn Lý chọn đề tài: Nhiệm vụ nghiên cứu luận văn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Nguyên liệu lignocellulose .5 1.2 Enzyme cellulase 1.3 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 1.3.1 Hình thái cấu tạo nấm men 10 1.3.2 Sinh trưởng nấm men .11 1.4 Quá trình sản xuất ethanol từ rơm rạ 13 1.4.1 Quy trình chung 13 1.4.2 Quy trình thực 13 1.4.2.1 Tiền xử lý: 13 1.4.2.2 Thủy phân: 16 1.4.2.3 Lên men 18 2.4.2.4 Chưng cất: .22 1.5 Đối tượng luận văn 23 1.5.1 Đặt vấn đề 23 1.5.2 Bã lên men (SSF Residue) [15] 24 1.5.3 Corn steep liquor (CSL) 25 1.6 Các kỹ thuật chìa khóa cho q trình lên men 26 1.6.1 Thủy phân lên men đồng thời (SSF).[20] 26 1.6.2 Nhập liệu nhiều lần theo đợt 26 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 28 2.1 Chuẩn bị ngun liệu cho q trình thí nghiệm 29 i Đồ án tốt nghiệp 2.1.1 Rơm rạ 29 Hình 2.4 Máy cắt tinh 29 2.1.2 Nguồn dinh dưỡng bã lên men 31 2.1.3 Hoá chất sử dụng 32 4.1.3.1 Enzyme cellulase: .33 4.1.3.2 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 33 2.1.3.3 Corn steep liquor (CSL): 34 2.2 Tiến hành thí nghiệm 34 2.2.1 Định lượng Nitơ tổng phân tích C H N.[21] 34 2.2.2 Phân tích thành phần sơ sợi 36 2.2.2.1 Hóa chất dụng cụ sử dụng: 36 2.2.2.2 Cách tiến hành: 36 2.2.3 Phân tích hàm lượng Nitơ hịa tan phương pháp Sorensen 38 2.2.4 Thủy phân lên men đồng thời 39 2.2.5.1 Nhân giống nấm men Saccharomyces cerevisiae 40 2.2.5.1.1 Nhân giống men sử dụng bã SSF làm nguồn dinh dưỡng: 40 2.2.5.1.2 Sử dụng dịch nước SSF làm môi trường nguồn dinh dưỡng cho trình nhân giống men: 42 2.2.5.1.3 Nhân giống men sử dụng CSL làm nguồn dinh dưỡng: 42 2.2.5.2 Thủy phân lên men đồng thời 42 2.2.5.2.1 Sử dụng bã SSF làm nguồn dinh dưỡng bổ sung cho trình SSF: 45 2.2.5.2.2 Sử dụng dịch nước SSF làm môi trường nguồn dinh dưỡng cho trình SFF: .46 2.2.5.2.3 Sử dụng CSL làm nguồn dinh dưỡng bổ sung cho trình SSF: .46 2.2.5.2.4 Q trình SSF khơng sử dụng dinh dưỡng bổ sung: 46 2.2.5.3 Quá trình SSF quy mô mini-pilot: 47 ii Đồ án tốt nghiệp 2.2.5.3.1 Sử dụng bã SSF làm nguồn dinh dưỡng bổ sung cho trình SSF: 47 2.2.5.3.2 Sử dụng dịch nước SSF làm môi trường nguồn dinh dưỡng cho trình SSF: 48 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 50 3.1 Kết phân tích thành phần rơm 50 3.1.1 Thành phần rơm khô trước nổ 50 3.1.2 Thành phần rơm rạ sau nổ .51 3.1.3 Thành phần rơm rạ sau tiền xử lý 52 3.2 Kết phân tích xơ sợi nguồn dinh dưỡng .53 3.3 Kết phân tích đạm nguồn dinh dưỡng 54 3.3.1 Kết phân tích mẫu máy phân tích nguyên tố CHN 54 3.3.2 Kết phân tích phương pháp chuẩn độ formol (Sorensen) 55 3.4 Kết nhân giống men: 56 3.5 Kết thủy phân lên men đồng thời: .57 3.6 Kết SFF thiết bị mini-pilot: 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 Kết luận 61 Kết luận thành phần rơm rạ trước sau tiền xử lý 61 Kết luận kết phân tích thành phần dinh dưỡng có nguồn dinh dưỡng .61 Kết luận kết thủy phân lên men đồng thời 61 Kiến nghị 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC iii Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học rơm rạ Bảng 1.2 Tỉ lệ thành phần rơm rạ Bảng 1.3 Thành phần chất có cấu trúc nấm men lạnh đông khô .10 Bảng 1.4 Các thành phần hóa học nấm men đông khô[9] .10 Bảng 1.5 Kết phân tích hàm lượng nitơ bã lên men thực nghiệm: 24 Bảng 1.6 Thành phần CSL (%KL)[16 ] 25 Bảng 4.1 : Hóa chất sử dụng q trình thực thí nghiệm 32 Bảng 2.2 Kết thí nghiệm bã SSF 39 Bảng 2.3 Kết thí nghiệm CSL 39 Bảng 2.4 Tỉ lê thành phần chất cho lần lên men 44 Bảng 2.5 Thành phần cho trình SSF 45 Bảng 2.6 Thành phần cho trình SSF 46 Bảng 2.7 Thành phần cho trình SSF 46 Bảng 2.8 Thành phần cho trình SSF 46 Bảng 2.9 thành phần cho trình SFF 47 Bảng 2.10 Khối lượng rơm nhập liệu 48 Bảng 2.11 Khối lượng rơm nhập liệu 48 Bảng 2.12 Khối lượng rơm nhập liệu 49 Bảng 3.1 Thành phần xơ sợi rơm rạ theo Hồ Tráng Sỹ [26] 50 Bảng 3.2 Thành phần xơ sợi có nguồn dinh dưỡng 53 Bảng 3.3 Kết phân tích nitơ tổng 54 Bảng 5.4 Kết phân tích hàm lượng acid amin .55 iv Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu trúc lignocellulose Hình 1.2 Cấu trúc tế bào thành tế bào thảo mộc Hình 1.3 Sơ đồ bước thủy phân cellulose enzyme cellulase .9 Hình 1.4 Nấm men Sacchromyces cerevisiae dạng bột khơ .10 Hình 1.5 Cấu trúc rơm rạ sau tiền xử lý .14 Hình 1.6 Quy trình sản xuất ethanol từ rơm rạ hệ thống Pilot 23 Hình 1.7 Bột ngơ (CSL) 25 Hình 2.1 Rơm thơ 29 Hình 2.2 Rơm sau tiền xử lý 29 Hình 2.3 Máy cắt thô 29 Hình 2.4 Máy cắt tinh .29 Hình 2.5 Thiết bị nổ 30 Hình 2.6 Rơm sau nổ 30 Hình 2.7 Rơm ngâm kiềm 30 Hình 2.8 Thiết bị lọc ép 30 Hình 2.9 Rơm rạ sau tiền xử lý 31 Hình 2.10 Bã rắn sau sấy 32 Hình 2.11 Bã rắn sau nghiền .32 Hình 2.12 Enzyme Cellulase 33 Hình 2.13 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 33 Hình 2.14 Corn steep liquor (CSL) 34 Hình 2.15 Viên nang 35 Hình 2.16 Cân điện tử .35 Hình 2.17 Cân điện tử hình 35 Hình 2.18 Máy phân tích C H N 35 Hình 2.19 Dịch kích hoạt men giống 41 Hình 2.20 Thiết bị tiệt trùng 41 v Đồ án tốt nghiệp 41 41 Hình 2.21 Tủ lắc 41 Hình 2.22 Máy quang phổ kế 41 Hình 2.23 Thiết bị ly tâm 42 Hình 4.24 Máy đo độ ẩm 43 Hình 2.25 Các erlen chứa rơm trước tiệt trùng 44 Hình 2.26 Bình thủy phân lên men đồng thời 45 Hình 2.27 Lấy mẫu sau lần nhập liệu .48 Hình 3.1 Thành phần xơ sợi rơm khơ 50 Hình 5.2 Thành phần xơ sợi rơm sau nổ .51 Hình 3.3 Thành phần rơm sau tiền xử lý 52 Hình 3.4 Sự phát triển men trình nhân giống:(1) 0,1% bã SSF; (2) 200ml dịch nước SSF; (3) 0,1% CSL .56 Hình 3.5 Nồng độ ethanol trình SSF theo thời gian:(1) 8% rơm+ 0,15% bã SSF; (2) 8% rơm + dịch nước SSF; (3) 8% rơm + 0,1% CSL; (4) 8% rơm 57 Hình 3.6 Hiệu suất trình SSF theo thời gian:(1) 8% rơm+ 0,15% bã SSF; (2) 8% rơm + dịch nước SSF; (3) 8% rơm + 0,1% CSL; (4) 8% rơm 58 Hình 3.7 Nồng độ ethanol trình SSF theo thời gian:(1) 16% rơm+ 0,15% bã SSF; (2) 16% rơm + dịch nước SSF 59 vi Đồ án tốt nghiệp Hình 3.8 Hiệu suất trình SSF theo thời gian:(1) 16% rơm+ 0,15% bã SSF; (2) 16% rơm + dịch nước SSF 60 vii Đồ án tốt nghiệp SSF, đa phần hàm lượng xơ sợi gốc glucose chuyển hóa thành ethanol, thành phần lại lignin, xơ sợi gốc xylose khơng thay đổi sau q trình SSF Với thành phần giàu tiền chất glucose CSL (60%) bã lên men (15%) , ta nhận định rằng, lượng dinh dưỡng thay CSL vỏ khoai tây đáng kể so với lượng nguyên liệu lignocellulose q trình lên men, lượng dinh dưỡng đóng góp đáng kể vào gia tăng nguyên liệu carbohydrate để hình thành trực tiếp bioethanol Tuy vậy, quan trọng lượng dinh dưỡng phục vụ vào tăng trưởng nấm men phụ thuộc vào chất lượng protein thành phần Ở phần tiếp theo, chúng tơi xin trình bày kết phân tính thành phần đạm (protein) nguyên liệu dinh dưỡng nói 3.3 Kết phân tích đạm nguồn dinh dƣỡng Để nấm men sinh trưởng số lượng chất lượng q trình ni cấy lên men bioethanol, nguồn protein bổ sung cần thiết tế bào sinh trưởng cần đầy đủ dưỡng chất để hoàn thiện cấu trúc sinh học Muốn so sánh đánh giá tác dụng dinh dưỡng này, khả ứng dụng vào quy trình sản xuất bioethanol, thành phần đạm nguyên liệu dinh dưỡng thay phân tích so sánh với CSL trình bày sau 3.3.1 Kết phân tích mẫu máy phân tích nguyên tố CHN Tổng lượng nitơ từ tất hợp chất chứa nitơ tế bào hay mô gọi N tổng Tuy vậy, chức dinh dưỡng nguyên liệu chủ yếu từ nitơ có acid amin protein, xin gọi N protein Còn lại, nitơ khơng có protein mà từ muối đạm vô hay chất hữu cơ, vô khác mà acid nitric, ure dẫn xuất ure, alcaloit, bazơ purin pyrimidin… xin gọi N phi protein Theo đó: N tổng = N protein + N phi protein Bảng 3.3 Kết phân tích nitơ tổng Chất dinh dưỡng Hàm lượng nitơ tổng hợp(%) CSL 8,42 Bã 3,97 54 Đồ án tốt nghiệp Kết cho thấy hàm lượng nitơ tổng CSL 8,42 %, bã lên men 3,97% Như nitơ tổng CSL cao gấp đôi so với bã lên men Điều gần với kết tham khảo tài liệu Tuy vậy, kết phân tích N tổng chưa đủ để kết luận nguồn dinh dưỡng tốt cho trình sinh trưởng phát triển làm việc cho nấm men Bởi khơng phải nguồn N nấm men sử dụng Nguồn N vô nấm men sử dụng tốt muối amoni acid vô hữu Trong đó, N hữu thường acid amin, peptit nucleotit Một điều cần lưu ý nấm men tiêu hóa tốt acid amin, tiêu thụ chuỗi peptit hoàn tồn khơng sử dụng protein Tiến thêm bước phân tích sâu nhằm đánh giá lượng acid amin có nguồn dinh dưỡng, chúng tơi tiến hành định lượng acid amin phương pháp chuẩn độ formol hay cịn gọi phương pháp Sorenson trình bày phần 3.3.2 Kết phân tích phương pháp chuẩn độ formol (Sorensen) Bảng 5.4 Kết phân tích hàm lượng acid amin Chất dinh dưỡng Hàm lượng acid amin (%) CSL 3,640 Bã 2,420 Thực thí nghiệm việc xác đinh hàm lượng Acid amin cách xác khơng thể Từ kết ta có biết hàm lượng acid amin CSL cao gấp 1,5 lần so với hàm lượng acid amin bã Từ sử dụng bã làm chất dinh dưỡng thay cho CSL với khối lượng gấp 1,5 lần so với khối lương CSL cần dùng kết cần khảo sát qua cân lượng nitơ mà men sử dụng 55 Đồ án tốt nghiệp 3.4 Kết nhân giống men: 4.5 4.0 3.5 OD 3.0 2.5 2.0 (1) (2) (3) 1.5 1.0 0.5 0.0 10 11 Time (h) Hình 3.4 Sự phát triển men trình nhân giống:(1) 0,1% bã SSF; (2) 200ml dịch nước SSF; (3) 0,1% CSL Kết đo OD Hình 3.4 cho ta thấy phát triển men ba trường hợp khảo sát Tuy hai trường hợp (1) sử dụng bã SSF; (2) sử dụng dịch nước SSF phát triển men thấp nhiều so với trường hợp (3) sử dụng CSL điều lần giúp ta đánh giá khả sử dụng bã SSF dịch nước SSF cho trinh thủy phân lên men đồng thời (SSF) Từ kết tích cực chúng tơi tiến hành SSF để so sánh hiệu thực chúng 56 Đồ án tốt nghiệp 3.5 Kết thủy phân lên men đồng thời: Ethanol concentration (wt %) 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 (1) (2) (3) (4) 0.4 0.2 0.0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 Time (h) Hình 3.5 Nồng độ ethanol trình SSF theo thời gian:(1) 8% rơm+ 0,15% bã SSF; (2) 8% rơm + dịch nước SSF; (3) 8% rơm + 0,1% CSL; (4) 8% rơm Hình 5.5 trình bày nồng độ ethanol thu theo thời gian Từ kết ta thấy hàm lượng ethanol trường hợp (2) 8% rơm + dịch nước SSF cao trường hợp (3) 8% rơm + 0,1% CSL CSL nguồn dinh dưỡng bổ sung chuyên dụng Điều giải thích lượng dịch nước SSF có hàm lượng ethanol có sẵn đồ thị thời điểm ban đầu 0,103 % nồng độ cao trường hợp (2) 8% rơm + 111 dịch nước SSF cao (3) 8% rơm + 0,1% CSL 0,03% 57 Đồ án tốt nghiệp Để đánh giá hiệu nguồn dinh dưỡng bổ sung với không sử dụng nguồn dinh dưỡng bổ sung ta đánh giá đồ thị hiệu suất lên men theo thời gian Hình 3.6 bên 70 60 Efficiency (%) 50 40 30 (1) (2) (3) (4) 20 10 0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 Time (h) Hình 3.6 Hiệu suất trình SSF theo thời gian:(1) 8% rơm+ 0,15% bã SSF; (2) 8% rơm + dịch nước SSF; (3) 8% rơm + 0,1% CSL; (4) 8% rơm Từ đồ thị hiệu suất lên men theo thời gian Hình 3.6 ta nhận thấy: Thứ nhất: Hiệu suất trình SSF khơng có chất dinh dưỡng (4) thấp nhiều so q trình lên men có chất dinh dưỡng CSL (3) Điều cho ta kết luận chất dinh dưỡng có vai trị quan trọng q trình SSF, giúp tăng hiệu suất trình cách đáng kể Thứ hai:Khi ta sử dụng bã SSF, dịch nước SSF làm nguồn dinh dưỡng cho trình SSF nồng độ ethanol trình đạt gần nhứ xấp xỉ với trường hợp sử dụng CSL làm nguồn dinh dưỡng bổ sung Điều giúp ta lần khẳng định khả sử dụng bã SSF dịch nước SSF làm nguồn dinh dưỡng thay 58 Đồ án tốt nghiệp 3.6 Kết SFF thiết bị mini-pilot: 5.0 4.5 Ethano concentration (wt %) 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 (1) (2) 1.5 1.0 0.5 0.0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 Time (h) Hình 3.7 Nồng độ ethanol trình SSF theo thời gian:(1) 16% rơm+ 0,15% bã SSF; (2) 16% rơm + dịch nước SSF 59 Đồ án tốt nghiệp 80 70 Efficiency (%) 60 50 40 30 (1) (2) 20 10 0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 Time (h) Hình 3.8 Hiệu suất trình SSF theo thời gian:(1) 16% rơm+ 0,15% bã SSF; (2) 16% rơm + dịch nước SSF Từ đồ thị nồng độ ethanol hiệu suất lên men theo thời gian Hình 3.7 Hinh 3.8 ta nhận thấy sử dụng bã SSF dịch nước SSF làm nguồn dinh dưỡng bổ sung hiệu nguồn ethanol tạo cao Đặc biệt nhìn vào hiệu suất ta thấy cao làm làm quy mơ phịng thí nghiệm Điều lý giải là: Nguồn dinh dưỡng bổ sung bã SSF dịch nước SSF phát huy hiệu ổn định quy mơ phịng thí nghiệm quy mơ pilot Trong quy trình thực quy mơ pilot ta chia nhỏ rơm nhiều lần Một điều quan trọng vào ngày thứ ba trình lên men, theo kinh nghiệm, ta cho them enzyme thủy phân thêm rơm vào tiếp Kết luận: Từ kết thực nghiệm trên, thấy bã lên men, mặt kĩ thuật, hồn tồn thay CSL làm nguồn dinh dưỡng bổ sung cho trình lên men rơm rạ thành cồn Với ưu tiện lợi, yếu tố kinh tế vấn đề môi trường, bã lên men nguồn dinh dưỡng thay đầy hứa hẹn tương lai công nghiệp sản xuất ethanol từ rơm rạ phát triển lên quy mô công nghiệp 60 Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kết luận thành phần rơm rạ trước sau tiền xử lý  Thành phần rơm khô Rơm khô chứa 44% cellulose 22% hemicellulose, kết thích hợp cho q trình sản xuất bio-ethanol  Thành phần rơm sau tiền xử lý Sau tiền xử lý, lượng cellulose rơm tăng lên 51%, lượng lignin thành phần khác giảm xuống Quá trình tiền xử lý giúp cho rơm tơi xốp, phá vỡ cấu trúc bền bỉ bó sợi, tạo điều kiện thuận lợi cho enzym tiếp cận thủy phân celulose thành glucose Kết luận kết phân tích thành phần dinh dưỡng có nguồn dinh dưỡng Hàm lượng Nitơ tổng bã lên men 3,97 %, hàm lượng Nitơ amin hòa tan 2,24 g/l Thành phần dinh dưỡng đảm bảo dinh dưỡng cho trình sinh sản sinh dưỡng vi sinh vật trình lên men Kết luận kết thủy phân lên men đồng thời Trong đồ án sau đánh giá việc tận dụng nguồn bã thải sau chưng cất sử dụng làm chất dinh dưỡng cho trình thủy phân lên men đồng thời cho kết tích cực hiệu sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng thay Hiệu suất cho ethanol sử dụng bã lên men làm dinh dưỡng bổ sung chênh lệch không nhiều so với sử dụng CSL Để thu hiệu suất theo yêu cầu cần sử dụng lượng bã lên men gấp 1,5 lần lượng CSL, thời gian lên men tối thiểu 100 giờ, tối đa 150 Bã lên men nguồn dinh dưỡng bổ sung có khả thay CSL trình sản xuất ethanol từ rơm rạ, nhiên cần nghiên cứu sâu để thay hồn tồn CSL làm dinh dưỡng tương lai 61 Đồ án tốt nghiệp Kiến nghị Trong khuôn khổ luận văn này, thực phương pháp nghiên cứu để đánh giá khả thay bã lên men làm dinh dưỡng bổ sung cho trình sản xuất ethanol từ rơm rạ Tuy nhiên, để thay hoàn toàn CSL, cần nghiên cứu sâu bã lên men, xin đưa số kiến nghị sau: Cần phân tích kỹ thành phần hàm lượng chất có bã lên men, để xem xét khả có số chất gây ức chế trình lên men gây ảnh hưởng đến chức dinh dưỡng bã lên men Ngoài thành phần dinh dưỡng Nitơ, cần xác định thành phần dinh dưỡng khác thành phần vitamin, nguyên tố vi lượng,… Các thành phần góp phần quan trọng q trình sinh dưỡng vi sinh vật Quá trình xử lý bã cần thực nhiệt độ ổn định đế tránh quán tính nhiệt gây biến đổi hóa học protein bã lên men, làm giảm tác dụng dinh dưỡng bã Nghiên cứu kỹ trình thủy phân lên men đồng thời để tăng hiệu suất thu hồi ethanol Hiệu chuyển hóa cellulose cịn chưa đạt mức tối đa, đó, hemicelluloses chuyển hóa thành đường xylose khơng bị nấm men lên men thành ethanol Việc áp dụng chủng men lên men chuyển hóa xylose nâng cao hiệu suất thêm 30-40 % 62 Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Văn Kha, Tình hình nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học giới Việt Nam, Viện hóa học cơng nghiệp Việt Nam [2] Nguyễn Ngọc Quế, Trần Đình Thao (báo cáo tổng quan ngành lúa gạo Việt Nam ,viện sách viện phát triển nông nghiệp nông thôn 2005) [3] Hetti Palonen, “Role of lignin in the enzymatic hydrolysis of lignocellulose”, VTT Biotechnology, 2004, pages 11-39 [4] Abreu P, Relva A, Matthew S, Gomes Z, Morais Z (2007) High-performance liquid chromatographic determination of glycoalkaloids in potatoes from conventional, integrated, and organic crop systems Food Control 18, 40-44 [5] Charles E.Wyman, Handbook on Bioethanol: Product and Utilization, Taylor&Francis, 1996 [6] Yukihiko Matsumuraa, Tomoaki Minowab, Hiromi Yamamoto, Amount, availability, and potential use of rice straw (agricultural residue) biomass as an energy resource in Japan, 2005 [8] Keikhosro Karimi, Giti Emtiazi, Mohammad J Taharzadeh, Ethanol production from dilute-acid pretreated rice straw by simultaneous saccharification and fermentation with Mucor indicus, Rhizopus oryzae, Saccharomyces cerevisiae, Science Direct, Enzyme and microbial Technology 40, 2006 [9] Abreu P, Relva A, Matthew S, Gomes Z, Morais Z (2007) High-performance liquid chromatographic determination of glycoalkaloids in potatoes from conventional, integrated, and organic crop systems Food Control 18, 40-44 [10] Pascal Ribéreau-Gayon, Denis Dubourdieu, B Donèche, A Lonvaud Handbook of Enology, The Microbiology of Wine and Vinifications John Wiley & Sons 2006 [11] Nutawan Yoswathana, “Bioethanol Production from Rice Straw”, Energy Research Journal 1, 2010, pages 26-31 [12] Hetti Palonen, Role of lignin in the enzymatic hydrolysis of lignocellulose, VTT Biotechnology, 2004 63 Đồ án tốt nghiệp [13] Charles E.Wyman, Handbook on Bioethanol: Product and Utilization, Taylor&Francis, 1996 [14] PGS.TS Đỗ Quý Hải, Giáo trình enzyme, Đại Học Huế [15] Lương Đức Phẩm Nấm men công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ Thuật Hà Nội 2005 [16] Số liệu thực nghiệm tháng 8/2013 xưởng thực nghiệm – phịng thí nghiệm lượng sinh học (JICA), Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh [17] Biền Văn Minh, Giáo trình điện tử - Vi sinh vật học cơng nghiệp, Đại học Huế, 2008 [18] Cao Đình Khánh Thảo, Nghiên cứu thử nghiệm khả xử lý rơm rạ để lên men ethanol, Luận văn Đại học, Bộ môn Công Nghệ Sinh Học – Khoa CơngNghệ Hóa Học, 01/2007 [19] Nguyễn Đức Lượng, Cao Cường, Thí nghiệm cơng nghệ sinh học, Tập – Thí nghiệm hóa sinh học, Nhà xuất Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh [20] ThS Trịnh Hồi Thanh, Nghiên cứu q trình xử lý rơm rạ để chế biến cồn nhiên liệu, Luận văn Thạc sĩ, Bộ môn Máy Thiết bị - Khoa Cơng nghệ Hóa học [21] Trần Diệu Lý, Nghiên cứu sản xuất ethanol từ rơm rạ, Luận văn Đại học, Bộ môn Kỹ Thuật Hữu Cơ – Khoa Công Nghệ Hóa Học, 01/2008 64 Đồ án tốt nghiệp PHỤ LỤC A Đo nồng độ glucose, xylose, ethanol phương pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) Chuẩn bị: Chuẩn bị pha động (mobile phase) Hóa chất gồm acid H2SO4 98 % tinh khiết 267μl Nước cất 1000 ml Lọc nước cất màng lọc cellulose acetate, kích thước lỗ 0,45 μm Cho 1000 ml nước cất lọc vào bình chứa, cho 267 μl H2SO4 98 % vào khuấy kĩ Lọc dung dịch qua màng lọc sinh học, kích thước lỗ 0,22 μm Cho vào tủ điều nhiệt để nâng nhiệt độ dung dịch lên 350C Cho vào máy siêu âm (để loại bỏ khí pha động), hút chân khơng bình chứa pha động Thực trình 45 – 60 phút đến khơng cịn thấy bọt khí bình Khởi động máy : Kiểm tra lại thể tích pha động bình Đặt bình chứa pha động vào vị trí, nhúng đầu hút vào bình, dùng giấy bạc bọc xung quanh bình Bật cơng tắc nguồn đầu dò RID, lò, bơm, máy in Đổi hết dung mơi cũ cịn ống, thay dung mơi Bằng cách mở van tháo (drain valve) bơm nhấn nút purge Lặp lại bước – lần Đóng van tháo lại Đặt tốc độ pha động 0,2 ml/phút bấm nút pump để bắt đầu bơm Đặt nhiệt độ cột 60 0C, nhấn nút oven để lò bắt đầu nâng nhiệt độ cột Nâng dần tốc độ pha động từ 0,2 → 0,5 → 1,0 ml/phút Đồ án tốt nghiệp Sau đạt đến thông số mong muốn (nhiệt độ cột 60 0C, tốc độ pha động 1ml/phút) thay đổi đường biểu diễn đầu dò RI từ “mẫu” (sample) sang dạng đường (reference) Giữ đường biểu diễn dạng đường 30 phút Đổi đường đường biểu diễn từ đường lại dạng đường biểu diễn mẫu Nếu giá trị balance máy không nằm khoảng ±50, nhấn nút balance để cân lại cho đầu dò RI Nhấn zero để đưa đường đo mẫu Dung dịch mẫu chuẩn trước đo cần lọc kĩ qua màng lọc có kích thước lỗ 20μm Đo dung dịch chuẩn Chuẩn bị dung dịch chuẩn ethanol, glucose, xylose để khảo sát quan hệ chất – thời gian lưu, nồng độ – diện tích peak (khơng trình bày đây) Kết đo đường chuẩn Glucose xylose Ethanol Nồng độ %, wt 1716390 1887680 667693 0.333333333 1212056 1246847 439993 0.222222222 948103 1087551 338432 0.166666667 Từ suy đường chuẩn: Glucose: Y = 2,174.10-7.X – 0,040155247 Xylose: Y = 1,983.10-7.X – 0.038323168 Ethanol: Y = 5,031.10-7.X – 0.001781621 Trong đó: Y nồng độ, wt%; X diện tích peak B Kiểm tra mật độ vi sinh (Đo OD) Kiểm tra OD máy quang phổ kế bước sóng 600 nm Mục đích đo OD để xác định mật độ Yeast có dịch kích hoạt (dịch pre-cul), qua xác định thể tích lượng dung dịch kích hoạt cần cho trình thủy phân lên men đồng thời Đồ án tốt nghiệp Pha loãng dịch pre-cul 20 lần cách: dùng pipet hút ml dịch Pre-cul ml cho vào ống nghiệm nhựa, sau thêm 19 ml nước lọc vào lắc Khởi động máy quang phổ kế, cài đặt bước sóng đo 600 nm bấm tổ hợp phím “shift+Abs” để chạy máy Tráng cuvet cho nước cất vào cuvet, trừ cách đặt cuvet vào máy quang phổ, bấm zero Tráng cuvet dịch pre-cul, rót đầy cuvet cho vào máy quang phổ kế, bấm “Read” để đo OD Kết OD = 0,3÷0,5 hợp lý Thể tích dịch pre-cul dùng để lên men tính theo cơng thức: Vnuoc 0, OD X V , ml Trong đó: Vnước thể tích nước dùng cho thủy phân lên men đồng thời OD mật độ Yeast đo X số lần pha loãng dịch pre-cul (X = 20 lần) Dùng pipet hút V ml dịch pre-cul cho vào ống nhựa ly tâm Quá trình để loại bỏ dịch đường, dinh dưỡng nước dịch precul Sau ly tâm, ta loại bỏ nước để thu lượng Yeast cần dùng C Tính hiệu suất q trình thủy phân lên men đồng thời Phản ứng : C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 Nồng độ ethanol tính theo lý thuyết: %Cethanol (lt ) Hiệu suất: H %Cethanol (tt ) %Cethanol (lt ) %Cglu cos e mrom 2.46 mdd 162 100 Đồ án tốt nghiệp D Một số ký hiệu sử dụng luận văn: Hàm lượng ẩm mẫu đo %ẩm, % Khối lượng mẫu trước sấy m1, g Khối lượng mẫu sau sấy m2, g Khối lượng thành phần rắn mẫu AIR, g Hàm lượng thành phần rắn mẫu AIR%, % Khối lượng tro mẫu Ash, g Hàm lượng tro mẫu Ash%, % Khối lượng lignin khơng hịa tan acid AIL, g Hàm lượng lignin khơng hịa tan acid AIL%, % Hàm lượng lignin hòa tan acid ASL%, % Nồng độ acid amine hòa tan M, g/l Thể tích NaOH 0,1N trung bình lần chuẩn độ với H2O V1, ml Thể tích NaOH 0,1N trung bình lần chuẩn độ với mẫu V2, ml Lượng mẫu (ml) ứng với 10ml dịch mẫu pha loãng x lần a Hàm lượng glucose rơm khô %Cglucose, % Khối lượng rơm khô lên men mrơm, g Khối lượng dung dịch lên men mdd, g Nồng độ ethanol theo lý thuyết %Cethanol(lt), % Nồng độ ethanol thực tế %Cethanol(tt), % Hiệu suất trình lên men H, % E BẢNG CHỮ VIẾT TẮT CSL SSF Bột ngô chuyên dụng Thủy phân lên men đồng thời ... thủy phân lên men đồng thời ethanol từ rơm rạ sử dụng nguồn dinh dưỡng khác (CSL, bã rắn, bã lỏng) Nghiên cứu vai trò bã rắn, bã lỏng (bã lên men) làm nguồn dinh dưỡng thay bột ngơ chun dụng q trình... sử dụng làm phân bón cho trồng Luận văn nghiên cứu khả sử dụng bã thải trình lên men thủy phân đồng thời để thay cho CSL làm nguồn dinh dưỡng bổ sung trình lên men rơm rạ thành ethanol Bã lên men. .. trình lên men ethanol từ rơm rạ, nấm men cần nguồn dinh dưỡng bổ sung để sinh sản sinh trưởng tốt Nguồn dinh dưỡng sử dụng bột ngô chuyên dụng (CSL) cho kết tốt Nhưng sau trình lên men, lượng bã