Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu quá trình sản xuất ethanol từ rau rác thải tại chợ nông sản thực phẩm thủ đức

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL TỪ RAU RÁC THẢI TẠI CHỢ NÔNG SẢN THỰC PHẨM THỦ ĐỨC Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn : TS HỒNG QUỐC KHÁNH CN NGƠ ĐỨC DUY Sinh viên thực MSSV: 0851110098 : LÊ XUÂN HUY Lớp: 08DSH1 TP Hồ Chí Minh, 2012 Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Trang DANH MỤC HÌNH ẢNH .iv DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ viii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Nhiên liệu sinh học 1.1.1 Ưu điểm nhiên liệu sinh học 1.1.2 Nhược điểm nhiên liệu sinh học 1.2 Tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học giới Việt Nam 1.2.1 Tình hình giới 1.2.2 Tình hình Việt Nam 1.2.3 Triển vọng ethanol tương lai 1.3 Các nguồn nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học 1.3.1 Nguyên liệu chứa tinh bột 1.3.2 Nguyên liệu chứa đường- mật rỉ 1.3.3 Nguyên liệu chứa lignocellulose 1.3.3.1 Cellulose 1.3.3.2 Hemicellulose 10 1.3.3.3 Lignin 11 1.4 Sơ lược nguồn nguyên liệu rau 11 1.4.1 Tình hình sản xuất rau củ Việt Nam 11 1.4.2 Thành phần rau 12 1.4.2.1 Chất khô 12 1.4.2.2 Chất béo 14 i Đồ án tốt nghiệp 1.4.2.3 Acid hữu 14 1.4.2.4 Vitamin 14 1.5 Quy trình sản xuất ethanol từ rau rác thải 15 1.5.1 Tổng quát 15 1.5.2 Tiền xử lý 15 1.5.2.1 Các phương pháp tiền xử lý học 15 1.5.2.2 Các phương pháp tiền xử lý hóa học 15 1.5.2.3 Tiền xử lý sinh học 16 1.5.3 Quá trình thủy phân 16 1.5.3.1 Các nguồn sản xuất enzyme cellulase 16 1.5.3.2 Enzyme cellulase 17 1.5.3.3 Cấu trúc enzyme cellulase 17 1.5.3.4 Cơ chế thủy phân cellulose enzyme cellulase 18 1.5.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến qúa trình thủy phân 19 1.5.4 Quá trình lên men 21 1.5.4.1 Nấm men Sacharomyces cerevisiae 21 1.5.4.2 Cơ chế hóa sinh học trình lên men 21 1.5.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men 23 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Vật liệu hóa chất 25 2.1.1 Rau rác thải 25 2.1.2 Enzyme cellulase 25 2.1.3 Nấm men Sacharomyces cerevisiae 26 2.1.4 Các hóa chất sử dụng 26 2.2 Các thiết bị sử dụng 26 2.3 Các phương pháp sử dụng 28 ii Đồ án tốt nghiệp 2.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng cellulose 28 2.3.2 Phương pháp định tính ethanol 29 2.3.3 Phương pháp đo nồng độ đường khử 30 2.3.4 Phương pháp xác định hoạt tính enzyme 32 2.3.5 Phương pháp nuôi cấy đếm nấm men 34 2.3.6 Phương pháp Cordebard 36 2.4 Trình tự nghiên cứu 39 2.4.1 Quy trình cơng nghệ 39 2.4.2 Thuyết minh quy trình 40 2.4.2.1 Giai đoạn tiền xử lý 40 2.4.2.2 Giai đoạn thủy phân enzyme cellulase 41 2.4.2.3 Giai đoạn lên men nấm men Sacharomyces cerevisiae 44 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 46 3.1 Giai đoạn tiền xử lý chất 46 3.2 Giai đoạn thủy phân enzyme cellulase 48 3.3 Giai đoạn lên men nấm men Sacharomyces cerevisiae 53 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 58 4.1 Kết luận 58 4.2 Đề nghị 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 iii Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH ẢNH Số tt Hình 1.1 Hình 1.2 Tên hình Cấu trúc lignocellulose Số trang Mối quan hệ cellulose – hemicellulose cầu trúc lignocellulose Hình 1.3 Cơng thức hóa học cellulose Hình 1.4 Kiểu Fringed fibrillar kiểu Folding chain 10 Hình 1.5 Cầu trúc lignin 11 Hình 1.6 Cầu nối peptide 18 Hình 1.7 Cơ chế trình thủy phân 19 Hình 2.1 Rau hư chợ Nơng Sản Thực Phẩm Thù Đức 25 Hình 2.2 Vị trí địa lý chợ Nơng Sản Thực Phẩm Thủ Đức 25 Hình 2.3 S.cerevisiae nhìn kính hiển vi điện tử 40X 26 Hình 2.4 Hệ thống Kjendahl 27 iv Đồ án tốt nghiệp Hình 2.5 Máy lắc 28 Hình 2.6 Máy đo quang phổ 28 Hình 2.7 Tủ hấp 28 Hình 2.8 Tủ sấy 28 Hình 2.9 Bể ổn nhiệt 28 Hình 2.10 Cân 28 Hình 2.11 Dung dịch chuyển sang màu vàng chuẩn độ Na2S203 37 Hình 2.12 Dung dịch chuyển sang xanh đậm cho hồ tinh bột 37 Hình 2.13 Dung dịch chuyển sang xanh lơ tiếp tục chuẩn độ Na2S203 38 Hình 2.14 Bã rau trước tiền xử lý NaOH 40 Hình 2.15 Bã rau sau tiền xử lý NaOH 41 v Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Stt Số trang Bảng 1.1 Một số nguyên liệu chứa tinh bột cao Bảng 1.2 Diện tích sản lượng rau theo vùng 12 Bảng 1.3 Hàm lượng hydrocacbon số rau 13 Bảng 1.4 Thành phần hydrocacbon số loại rau 14 Bảng 1.5 Dựng đường chuẩn glucose 0.5mg/ml 31 Bảng 1.6 Dựng đường chuẩn glucose 10mg/ml 33 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Sự thay đổi khối lượng bã sau trình tiền xử lý NaOH, Na2CO3, Ca(OH)2 Sự thay đổi khối lượng bã sau trình tiền xử lý NaOH thời điểm khác 46 47 Bảng 3.3 Nồng độ glucose, hiệu suất 25h theo nhiệt độ 48 Bảng 3.4 Nồng độ glucose, hiệu suất 25h theo thời gian 50 Bảng 3.5 Nồng độ glucose, hiệu suất 25h theo pH 51 vi Đồ án tốt nghiệp Bảng 3.6 Nồng độ glucose, hiệu suất 25h theo lượng enzyme sử dụng 52 Bảng 3.7 Sự thay đổi lượng ethanol theo nhiệt độ 53 Bảng 3.8 Sự thay đổi lượng ethanol theo pH 54 Bảng 3.9 Sự thay đổi lượng ethanol theo lượng nấm men sử dụng 56 vii Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ Tên sơ đồ đồ thị Stt Trang Đồ thị 2.1 Đồ thị đường chuẩn glucose 0.5mg/ml 35 Đồ thị 2.2 Đồ thị đường chuẩn glucose 10mg/ml 37 Biểu đồ 3.1 Biểu đồ 3.2 Sự thay đổi khối lượng bã rau sau trình tiền xử lý NaOH 2%, Na2CO3 2%, Ca(OH)2 2% Sự thay đổi khối lượng bã rau sau trình tiền xử lý NaOH thời điểm khác 46 47 Biểu đồ 3.3 Nồng độ glucose, hiệu suất 24h theo nhiệt độ 49 Biểu đồ 3.4 Nồng độ glucose, hiệu suất theo thời gian 50 Biểu đồ 3.5 Nồng độ glucose, hiệu suất theo pH 51 Biểu đồ 3.6 Nồng độ glucose, hiệu suất theo lượng enzyme sử dụng 52 Biểu đồ 3.7 Sự thay đổi nồng độ ethanol theo nhiệt độ 54 Biểu đồ 3.8 Sự thay đổi nồng độ ethanol pH khác 55 Biểu đồ 3.9 Sự thay đổi nồng độ ethanol tỷ lệ nấm men khác viii 56 Đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Nhu cầu lượng loài người diện cách hàng ngàn năm, người biết dùng lửa hoạt động hàng ngày để nướng thịt, đuổi thú dữ, đốt rừng làm rẫy Kể từ nguồn lượng từ vật rắn ngày trở nên quan trọng, có hai tỉ người giới dùng chất rắn gia đình để nấu nướng sưởi ấm mùa đông Năng lượng có vai trị quan trọng phát triển kinh tế - xã hội an ninh quốc gia Vì sách phát triển kinh tế xã hội bền vững, sách lượng đặt lên hàng đầu Vào kỷ 19 gỗ nguồn lượng làm máy chạy nước ngành chuyên chở, giúp phát triển mạnh công nghiệp giới Sau đó, người chế tạo máy phát điện cung cấp nguồn điện có nhiều cơng dụng cho đời sống hàng ngày thay dần máy chạy nước Khi tìm thấy nguồn nhiên liệu trầm tích than đá, dầu hỏa khí đốt, người sử dụng loại lượng không tái tạo để chạy máy nổ, chủ yếu ngành vận tải, nhiệt điện Loại nhiên liệu thể lỏng trở nên thơng dụng ngành vận chuyển dễ sử dụng loại nhiên liệu khí rắn, từ nguồn lượng rắn sử dụng giảm dần Với tốc độ tiêu thụ trữ lượng dầu mỏ có, nguồn lượng nhanh chóng bị cạn kiệt vịng 40-50 năm Để đối phó tình hình đó, cần tìm nguồn lượng thay ưu tiên hàng đầu Trong số nguồn lượng thay dầu mỏ sử dụng (năng lượng gió, lượng mặt trời, lượng hạt nhân…), lượng sinh học xu phát triển tất yếu Để tìm nguồn nhiên liêu thay phần việc sử dụng xăng dầu việc vận chuyển, năm gần người ta phải tìm kiếm phương thức sử dụng nguồn nhiên liệu khác Chẳng hạn sử dụng ethanol sinh học pha vào xăng chạy máy để giảm phần sử dụng xăng Ở nhiều quốc gia công nghệ sản xuất ethanol sinh học với nguyên liệu sắn, ngô, khoai, gỗ…rất phổ biến ảnh hưởng đến an ninh lương thực giới Do để sản xuất ethanol sinh ... 2.1.1 Rau rác thải Đối tượng nghiên cứu: rau hư lấy chợ Nông Sản Thực Phẩm Thủ Đức a b c Hình 2.1( a,b,c) Rau rác thải chợ Nông Sản Thực Phẩm Thủ Đức Hình 2.2 Vị trí chợ Nơng Sản Thực Phẩm Thủ Đức. .. ethanol từ rau rác thải chợ chợ Nông Sản Thực Phẩm Thủ Đức? ??…để sản xuất ethanol Mục đích nghiên cứu - Khảo sát sơ đặc điểm rau rác thải chợ nông sản thực phẩm Thủ Đức - Tiền xử lý chất thải - Khảo sát... lương thực giới Do để sản xuất ethanol sinh Đồ án tốt nghiệp học phải tìm nguồn nguyên liệu thay từ nguồn nguyên liệu tái sinh như: phế phẩm nông nghiệp, phế phẩm lâm nghiệp, phế phẩm từ nhà máy thực