Ảnh hưởng của acid acetic đến khả năng lên men ethanol của kluyveromyces marxianus cố định trong gel alginate

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LƯU HỒ YẾN NGỌC ẢNH HƯỞNG CỦA ACID ACETIC ĐẾN KHẢ NĂNG LÊN MEN ETHANOL CỦA KLUYVEROMYCES MARXIANUS CỐ ĐỊNH TRONG GEL ALGINATE Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm Mã số: 60540101 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học: GS.TS Lê Văn Việt Mẫn PGS.TS Hoàng Kim Anh Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 13 tháng 01 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lưu Hồ Yến Ngọc MSHV: 1570432 Ngày sinh: 10/07/1992 Nơi sinh: Bạc Liêu Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm Mã số: 60540101 I Tên đềtài ẢNH HƯỞNG CỦA ACID ACETIC ĐẾN KHẢ NĂNG LÊN MEN ETHANOL CỦA KLUYVEROMYCES MARXIANUS CỐ ĐỊNH TRONG GEL ALGINATE II Nhiệm vụ nội dung Nhiệm vụ • Khảo sát ảnh hưởng nồng độ acid acetic đến khả lên men ethanol nấm men Kluyveromyces marxianus tự cố định gel alginate • Khảo sát thay đổi thành phần lipid màng tế bào nấm men cố định gel alginate tự mơi trường lên men có acid acetic • Tái sử dụng nấm men cố định gel alginate để lên men ethanol điều kiện tĩnh theo chu kỳ mơi trường lên men có acid acetic qui mơ phịng thí nghiệm Nội dung • Xác định khả lên men nấm men Kluyveromyces marxianus tự cố định gel alginate mơi trường lên men ban đầu có acid acetic • Xác định khả ứng dụng nấm men Kluyveromyes marxianus cố định gel alginate lên men ethanol điều kiện tĩnh theo chu kì III Ngày giao nhiệm vụ 01/12/2016 IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ 01/12/2017 V Cán hướng dẫn • GS TS Lê Văn Việt Mẫn • PGS TS Hồng Kim Anh Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 01 năm 2018 Cán hướng dẫn Chủ nhiệm môn GS.TS Lê Văn Việt Mẫn GS TS Lê Văn Việt Mẫn Trưởng khoa Kỹ Thuật Hóa Học PGS TS Hồng Kim Anh LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin cảm ơn ba má anh hai động viên, thúc tiếp tục phấn đấu học tập nhiều ngày Thành đạt ngày hôm nhờ vào thúc đẩy gia đình Em xin chân thành cảm ơn thầy GS.TS Lê Văn Việt Mẫn tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cho em suốt trình thực luận văn Em gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Hồng Kim Anh anh NCS Nguyễn Thanh Sang bên cạnh hỗ trợ định hướng giúp em tránh khỏi nhiều sai sót Kế đến, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến tập thể quý thầy cô môn Công nghệ thực phẩm, người dẫn dắt, dạy cho em kiến thức cần thiết để hoàn thiện chuyên môn Cuối cùng, xin cảm ơn bạn Mẫn Thảo bạn bè khác quan tâm, giúp đỡ động viên suốt trình thực luận văn Tơi trân trọng bạn dành cho tơi TP Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 01 năm 2018 Học viên thực Lưu Hồ Yến Ngọc i TÓM TẮT LUẬN VĂN Acid acetic hợp chất sinh từ q trình deacetyl hóa hemicellulose thủy phân nguyên liệu thực vật quy trình sản xuất ethanol sinh học Trong phạm vi nghiên cứu luận văn này, chúng tơi trình bày ảnh hưởng acid acetic đến khả lên men nấm men Kluyveromyces marxianus cố định gel alginate với điều kiện lên men tĩnh theo mẻ Với nồng độ acid acetic từ 6, 10g/L nhận thấy có ức chế sinh trưởng khả lên men Kluyveromyces marxianus Khi nồng độ acid acetic môi trường tăng làm giảm tốc độ sinh trưởng tế bào làm tăng lượng đường sót nghiệm thức nấm men tự cố định Tuy nhiên, kết cho thấy nấm men cố định gel alginate cho lượng sản phẩm ethanol cao nấm men tự điều kiện thí nghiệm Các hạt nấm men gel alginate tái sử dụng cách ngâm với dung dịch CaCl2 kết cho thấy nấm men cố định có khả tái sử dụng 28 chu kì cao so với nấm men tự chu kì ii ABTRACT Acetic acid is generated by de-acetylation of hemicellulose during the pretreatment of lignocellulosic materials in bioethanol production In this study, the effects acetic acid on ethanol fermentation by free and immobilized Kluyveromyces marxianus cells were investigated in batch cultures Acetic acid at concentration of 6, or 10 g/L was shown to be an inhibitor of cellular growth and ethanol production by Kluyveromyces marxianus Incresae in acetic acid concentration significantly decreased the cell proliferation and increased the residual sugar level for both the immobilized and free yeast However, the immobilized yeast cells in alginate gel produced ethanol at a higher rate and higher yield in comparison with the free cells The alginate yeast beads could be regenerated using CaCl2 0.05M and the beads which reused in 28 cycles are more than free yeast cycles iii LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo theo yêu cầu Tác giả luận án Lưu Hồ Yến Ngọc iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii ABTRACT iii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG viii CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Nấm men Kluyverromyces marxianus 2.1.1 Đặc điểm sinh học 2.1.2 Khả ứng dụng Kluyverromyces marxianus cố định trình lên men ethanol 2.2 Acid acetic 2.2.1 Sự hình thành acid acetic trình tiền xử lý lignocellulose 2.2.2 Cơ chế ức chế nấm men acid acetic 2.2.3 Cơ chế đáp ứng tế bào nấm men stress acid acetic 11 2.3 Điểm đề tài 13 CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 3.1 Nguyên liệu 14 3.1.1 Nấm men 14 3.1.2 Chất ức chế 14 3.1.3 Chất mang 14 3.1.3 Môi trường 14 3.2 Mục đích nội dung nghiên cứu 15 3.2.1 Mục đích 15 3.2.2 Nội dung nghiên cứu 16 3.2.3 Phương pháp phân tích 20 3.2.4 Xử lý kết 21 v 3.2.5 Phương pháp xử lí số liệu 23 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 24 4.1 Ảnh hưởng nồng độ acid acetic đến trình lên men sử dụng nấm men Kluyvermyces marxianus cố định gel alginate 24 4.1.1 Ảnh hưởng nồng độ acid acetic đến khả sinh trưởng nấm men tự cố định gel alginate 24 4.1.2 Ảnh hưởng nồng độ acid acetic đến khả sử dụng chất nấm men tự cố định gel alginate 27 4.1.3 Ảnh hưởng nồng độ acid acetic đến khả sinh tổng hợp ethanol nấm men tự cố định gel alginate 31 4.1.4 Ảnh hưởng nồng độ acid acetic đến thành phần lipid màng tế bào nấm men tự cố định gel alginate 34 4.2 Khả tái sử dụng nấm men cố định gel alginate điều kiện stress acid acetic 39 4.2.1 Thời gian lên men trình tái sử dụng nấm men 39 4.2.2 Khả sinh tổng hợp ethanol lần tái sử dụng nấm men 41 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 5.1 Kết luận 46 5.2 Kiến nghị 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC 57 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 76 vi Phụ lục Thời gian kết thúc lên men theo nồng độ đường sót nghiệm thức lên men cạn kiệt đường (giờ) Nồng độ acid Mẫu acetic (g/L) Phương sai Thời gian kết thúc lên men Tự 49.94 51.19 0.9 Cố định 39.09 38.08 0.7 Tự 60.73 62.85 1.5 Cố định 53.17 53.64 0.3 Tự 64.22 66.11 1.3 Cố định 56.12 57.54 1.0 Kết ANOVA thời gian kết thúc lên men mẫu đường sót (P