Nghiên cứu quá trình sản xuất sinh học của ethanol và butanol từ gỗ (gỗ thông) và nguyên liệu thức ăn là lignocellulosic từ thân thảo (cỏ timothy, rơm lúa mì). Đánh giá quá trình xử lý sơ bộ bằng axit sulfuric loãng sau đó là quá trình thủy phân bằng enzym của các gốc lignocellulosic này đã được phát triển để tạo ra sản lượng đường cao hơn. Đánh giá các sản phẩm thủy phân sinh khối với các thành phần xenlulo và hemicellulosic được lên men để sản xuất etanol và butanol.
Học viên: Huỳnh Thị Trúc Quân – CH2020 Địa liên lạc: 0855351231 – trucquanbio@gmail.com Môn: Sinh khối BÁO CÁO TỔNG HỢP Sản xuất butanol ethanol từ nguyên liệu lignocellulosic: tiền xử lý sinh khối chuyển đổi sinh học Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu trình sản xuất sinh học ethanol butanol từ gỗ (gỗ thông) nguyên liệu thức ăn lignocellulosic từ thân thảo (cỏ timothy, rơm lúa mì) Đánh giá trình xử lý sơ axit sulfuric lỗng sau q trình thủy phân enzym gốc lignocellulosic phát triển để tạo sản lượng đường cao Đánh giá sản phẩm thủy phân sinh khối với thành phần xenlulo hemicellulosic lên men để sản xuất etanol butanol Phương pháp nghiên cứu 2.1 Sinh khối lignocellulosic Mẫu sinh khối gồm: gỗ thông, PW (Pinus bankiana), cỏ timothy, TG (Phleum pratense), rơm, WS (Triticum aestivum) Các mẫu sinh khối làm khô nghiền thành bột 2.2 Phân tích thành phần Phân tích thành phần (cellulose-hemicellulose-lignin) mẫu nguyên liệu thực phương pháp NREL hai bước (1) sử dụng nước, etanol hexan để chiết xuất vật liệu vô đường phi cấu trúc từ mẫu diệp lục, sáp, sterol lipid (2) sinh khối làm khô thủy phân H2SO4 72% 30°C giờ, H2SO4 4% 121°C Các loại đường thủy phân (như arabinose, cellobiose, glucose xylose) định lượng thơng qua máy HPLC Agilent 1100 Series có số khúc xạ Phân tích thực cách sử dụng cột loại trừ ion Aminex HPX 87H Pha động sử dụng mmol/L H2SO4 với tốc độ dòng chảy 0,6 mL/phút nhiệt độ cột 55°C 2.3 Thủy phân axit enzyme Tiền xử lý axit lỗng: 10g sinh khối (khơ) trộn với 100 mL H2SO4 0–2,5% v/v thành nước cất bình nón 250 mL Tỷ lệ 1:10 w/v sinh khối/nước Các bình chắn bơng đậy nhơm trước hấp tiệt trùng 121°C để tiệt trùng Các bình cân trước sau hấp tiệt trùng để tính xem có bị nước lượng nước bổ sung cách thêm nước cất khử trùng vào bình Sau hấp tiệt trùng, dịch thủy phân làm lạnh đến nhiệt độ phòng trung hòa đến pH 5,0 NaOH 10 mol/L Khoảng mL/L chất cellulase, b-glucosidase xylanase thêm vào dịch thủy phân sinh khối ủ 45°C 72 với lắc tốc độ 80 rpm Sau 72 thủy phân enzym, hỗn hợp ly tâm 3300g để loại bỏ cặn sinh khối Chất lỏng có chứa đường thủy phân thu hồi lọc tiệt trùng đĩa lọc 0,2 µm Các sản phẩm thủy phân sinh khối khử trùng bảo quản chai Pyrex có nắp vặn khử trùng 4°C trước tiến hành thí nghiệm lên men Mức đường (như glucose xylose) dịch thủy phân định lượng thông qua HPLC cách sử dụng cột Aminex HPX 87H với điều kiện hoạt động tương tự đề cập phần Phân tích thành phần Dịch thủy phân với sản lượng đường lớn sử dụng để lên men etanol butanol Phần trăm đường hóa tính cơng thức sau Saccharification ( ̣̀ %) = 100 2.4 Lên men etanol Saccharomyces cerevisiae ATCC 96581 sử dụng để lên men ethanol Chất cấy để lên men trì môi trường canh trường ATCC 1245 YPD khử trùng có chứa chiết xuất nấm men (10 g/L), peptone (20 g/L) dextrose (20 g/L) 24 30°C, pH 5,6 với 150 vịng/phút Đối với q trình lên men ethanol, 100 mL dịch thủy phân sinh khối bổ sung với chiết xuất nấm men (1,5 g/L), peptone (1 g/L), amoni sulfat (1 g/L), dipotassium phosphat (0,5 g/L), magie sulfat ( 0,5 g/L), mangan (II) sulfat (0,5 g/L) pH 5,6 hấp tiệt trùng 121°C 30 phút Sau để đến nhiệt độ phịng, khoảng mL S cerevisiae thêm vào mơi trường khử trùng ủ 60 30°C 150 rpm Sản xuất etanol từ glucose làm đối chứng 1,5 mL mẫu lấy sau 12 để xác định etanol đường dư HPLC 2.5 Lên men butanol Clostridium beijerinckii B-592 sử dụng để lên men butanol Chuyển mL dịch nuôi cấy C.beijerinckii vào 100 mL môi trường ATCC 2107 Dung dịch clostridial tăng cường sửa đổi ATCC 2107 chứa peptone (10 g/L), chiết xuất thịt bò (10 g/L), chiết xuất nấm men (3 g/L), dextrose (5 g/L), NaCl (5 g/L), tinh bột (1 g/L), L-cysteine HCl (0,5 g/L), natri axetat (3 g/L) 0,025% resazurin (4 mL/L) Sản xuất butanol nghiên cứu với glucose làm chất kiểm soát mức thay đổi từ 50–150 g/L Để 100 mL glucose có nồng độ quy định, 2,5 mL chiết xuất nấm men 40 g/L thêm vào khử trùng 121°C 15 phút sau làm lạnh đến nhiệt độ phòng Sau làm lạnh, mL C beijerinckii (nuôi cấy ATCC 2107) thêm vào môi trường ủ buồng kỵ khí 72 35°C Tương tự, 100 mL dịch thủy phân sinh khối khử trùng lọc (pH 6,5) chuyển vào chai Pyrex có nắp vặn 250 mL khử trùng trước Đối với dịch thủy phân, 2,5 mL dung dịch chiết xuất nấm men khử trùng 40 g/L thêm vào, sau cấy mL C beijerinckii phát triển tích cực (trong mơi trường ATCC 2107) mô tả Trong tất trình lên men, 1,5 mL mẫu lỏng lấy sau 12 lọc đĩa lọc 0,2 lm Các mẫu lọc định lượng axeton, butanol, etanol, axit axetic, axit butyric đường dư HPLC (cột Aminex HPX 87H) với điều kiện đề cập trước Tất phân tích đề cập phân tích thành phần, thủy phân axit/enzym lên men etanol butanol thực ba lần với độ lệch chuẩn nhỏ 5% Sản phẩm thu (g/g) tính gam lượng etanol butanol tạo gam glucose đường sử dụng Năng suất (g/L/h) tính nồng độ ABE tối đa (g/L) chia cho thời gian lên men cụ thể (h) Kết nghiên cứu Kết luận Bài học rút ... resazurin (4 mL/L) Sản xuất butanol nghiên cứu với glucose làm chất kiểm soát mức thay đổi từ 50–150 g/L Để 100 mL glucose có nồng độ quy định, 2,5 mL chiết xuất nấm men 40 g/L thêm vào khử trùng... men butanol Chuyển mL dịch nuôi cấy C.beijerinckii vào 100 mL môi trường ATCC 2107 Dung dịch clostridial tăng cường sửa đổi ATCC 2107 chứa peptone (10 g/L), chiết xuất thịt bò (10 g/L), chiết xuất. .. cellulase, b-glucosidase xylanase thêm vào dịch thủy phân sinh khối ủ 45°C 72 với lắc tốc độ 80 rpm Sau 72 thủy phân enzym, hỗn hợp ly tâm 3300g để loại bỏ cặn sinh khối Chất lỏng có chứa đường thủy