2.2.2 .Tiền xử lý
2.2.2.6 Câc yếu tố ảnh hưởng quâ trình thủy phđn
a) Ảnh hưởng của cấu trúc nguyín liệu
Cấu trúc tự nhiín của lignocellulose tạo ra nhiều cản trở đến quâ trình tấn cơng của câc tâc nhđn thủy phđn. Ngay cả quâ trình thủy phđn cellulose tinh khiết, tốc độ thủy phđn cũng giảm theo thời gian. Tốc độ phản ứng giảm dần theo thời gian vì một số lý do sau: sự ức chế enzyme do sản phẩm, sự giảm của câc phần cơ chất dễ thủy phđn, enzyme bị bất hoạt hoặc bị giữ lại trong câc lỗ xốp của cellulose.
Hiệu suất q trình thủy phđn bị ảnh hưởng mạnh bởi tính chất của nguồn nguyín liệu. Một câch tổng quât, gỗ mềm thường khó thủy phđn hơn gỗ cứng. Cấu trúc của ngun liệu vă cơ chế tâc động của enxyme vă cơ chất lă hai yếu tố chính lăm hạn chế hiệu suất quâ trình thủy phđn.
Khả năng tiếp cận vật liệu lignocellulosic của cellulase đóng vai trị quan trọng trong q trình thủy phđn. Cellulose có bề mặt trong vă ngoăi, bề mặt ngoăi bao gồm bề mặt bao quanh câc xơ sợi, bề mặt trong lă bề mặt do câc mao quản bín tron xơ sợi tạo thănh. Nếu cellulose không được tiền xử lý, hiệu quả thủy phđn thấp. Xử lý loại bỏ hemicelluose (bằng tiền xử lý acid) sẽ lăm tăng khả năng thủy phđn cellulose (theo nghiín cứu của Grohmann). Grethlein đê giải thích rằng loại bỏ hemicellulose sẽ lăm tăng cấu trúc xốp đồng thời tăng bề mặt cellulose, lăm cho enzyme dễ tấn cơng hơn. Kích thước của câc lỗ xốp lại liín quan đến độ trương nở của vật lịíu. Thật vậy, nhiều nghiín cứu đê chỉ ra rằng, khi lăm khơ vật liệu lignocellulose, câc mao quản sẽ bị mất đi, điều năy lăm giảm kích thước lỗ xốp vă vì vậy hiệu suất quâ trình thủy phđn giảm rõ rệt. Hăm lượng vă sự phđn bố của lignin trong cấu trúc vật liệu có ảnh hưởng tới khả năng thủy phđn của vật liệu đó. Hiệu suất thủy phđn thu được khâ cao đối với câc nguyín lịíu đê được loại bỏ gần hết lignin.
b) Ảnh hưởng của nhiệt độ
bằng enzyme cellulase chịu ảnh hưởng lớn của nhiệt độ. Tốc độ phản ứng thủy phđn tăng theo nhiệt độ, tuy nhiín đến một nhiệt độ nhất định, tốc độ phản ứng sẽ giảm dần vă đến mức triệt tiíu.
Hình 2.21.Tốc độ phản ứng enzyme theo nhiệtđộ
Người ta thường sử dụng hệ số nhiệt Q10để biểu thị ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng. Nhiệt độ tương ứng với tốc độ phản ứng enzyme cao nhất được gọi lă nhiệt độ tối ưu. Phần lớn enzyme hoạt động mạnh nhất ở nhiệt độ 40 – 50oC. Riíng đối với enzyme cellulase, nhiệt độ tối ưu lă 50oC. Những enzyme khâc nhau đều có nhiệt độ tối ưu khâc nhau.
Nếu đưa nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tối ưu, hoạt tính enzyme sẽ bị giảm, khi đó enzyme khơng có khả năng phục hồi hoạt tính. Ngược lại khi ở nhiệt độ 0oC, enzyme bị hạn chế hoạt động rất mạnh, nhưng khi đưa nhiệt độ lín từ từ, hoạt tính của enzyme sẽ tăng dần đều đến mức tối ưu. Khi nhiệt độ cao thường gđy cho enzyme mất hoạt tính. Phản ứng vơ hoạt của enzyme dưới tâc dụng của nhiệt thường biểu diễn lă phản ứng bậc một.
c) Ảnh hưởng của pH
PH môi trường thường ảnh hưởng đến mức độ ion hóa cơ chất, enzyme vă đặc biệt ảnh hưởng đến độ bền của enzyme. Chính vì thế pH có ảnh hưởng rất mạnh đến phản ứng của enzyme. Ảnh hưởng đó được trình băy trong hình
Hình 2.22.Ảnh hưởng của pH
Nhiều enzyme hoạt động rất mạnh ở pH trung tính. Tuy nhiín cũng có nhiều enzyme hoạt động ở môi trường acid yếu. Một số enzyme khâc lại hoạt động mạnh ở pH kiềm vă cả pH acid. Đối với enzyme cellulase, khoảng pH thích hợp lă 4-5, trong đó tốt nhất lă 4.8.
d) Nồngđộ enzyme
Hình 2.23.Ảnh hưởng của nồngđộ enzyme
Khi nồng độ enzyme tăng, tốc độ phản ứng tăng theo đường thẳng. Tuy nhiín, khi nồng độ enzyme đạt đến một ngưỡng năo đó, nồng độ cơ chất sẽ trở thănh yếu tố hạn chế tốc độ phản ứng. Khi đó, tốc độ phản ứng sẽ khơng tăng nữa mă lă một đường nằm ngang như trong hình vẽ.
e) Ảnh hưởng của nồngđộ cơ chất
Khi nồng độ cơ chất tăng, tốc độ phản ứng enzyme tăng, vì sẽ có nhiều cơ chất vă chạm với enzyme tiến hănh phản ứng. Khi nồng độ cơ chất đủ lớn, câc enzyme bị bêo hòa cơ chất, vì vậy, tăng nồng độ cơ chất thì tốc độ phản ứng sẽ không thay đổi đâng kể.
f) Ảnh hưởng của câc chất kìm hêm
Câc chất kìm hêm hoạt động của enzyme thường lă câc chất có mặt trong câc phản ứng enzyme, lăm giảm hoạt tính enzyme nhưng lại khơng bị enzyme lăm thay đổi tính chất hóa học, cấu tạo hóa học vă tính chất vật lý của chúng.
Câc chất gđy kìm hêm hoạt động của enzyme bao gồm câc ion, câc phần tử vô cơ, câc chất hữu cơ vă cả protein. Câc chất kìm hêm có ý nghĩa rất lớn trong điều khiển câc quâ trình trao đổi ở tế băo sinh vật.
Cơ chế kìm hêm của câc chất kìm hêm có thể lă thuận nghịch hoặc khơng thuận nghịch. Trong trường hợp câc chất kìm hêm thuận nghịch, phản ứng giữa enzyme vă chất kìm hêm sẽ nhanh chóng đạt được cđn bằng.
trong đó E – enzyme, I – chất kìm hêm k1, k2 hằng số vận tốc phản ứng thuận nghịch.
Trong trường hợp phản ứng ức chế lă không thuận nghịch, hằng số k2 sẽ rất nhỏ vă khơng đâng kể. Ở đđy, câc chất kìm hêm kết hợp với enzyme bằng liín kết cộng hóa trị. Ngoăi ra câc chất kìm hêm cịn kết hợp với enzyme bằng một cơ chế khâc mă đến nay câc nhă khoa học vẫn chưa giải thích một câch trọn vẹn. Theo đó, câc chất kìm hêm gắn rất chặt văo enzyme, tạo thănh phức hợp EI. Phức hợp năy bị phđn rê rất chậm.
Tùy thuộc văo bản chất phức EI, bản chất chất kìm hêm người ta chia ra những chất kìm hêm:
- Chất kìm hêm cạnh tranh: lă những chất có cấu trúc tương tự như cấu trúc của cơ chất. Chúng thường lă những chất kìm hêm thuận nghịch. Chúng có khả năng kết hợp với trung tđm hoạt động của enzyme. Khi đó chúng sẽ chiếm vị trí của cơ chất trong trung tđm hoạt động vă vì vậy, cơ chất khơng cịn cơ hội tiếp cận với trung tđm năy. Cơ chế loại trừ lẫn nhau của chất kìm hêm vă trung tđm hoạt động
lăm giảm số lượng câc enzyme kết hợp với cơ chất. Kết quả lă hoạt động của enzyme sẽ giảm.
- Chất kìm hêm khơng cạnh tranh: chất kìm hêm khơng chiếm trung tđm hoạt động của enzyme mă lă ở một vị trí ngoăi trung tđm hoạt động của enzyme. Kết quả sự kết hợp năy, chất kìm hêm lăm thay đổi cấu trúc khơng gian của phđn tử enzyme theo chiều hướng bất lợi cho hoạt động xúc tâc. Vì thế câc chất kìm hêm lăm giảm hoạt động của enzyme.
Câc chất kìm hêm khơng cạnh tranh thường gồm hai loại: kìm hêm do sản phẩm phản ứng vă kìm hêm do thừa cơ chất.
Hình 2.25. Chất kìm hêm cạnh tranh
Chương 3:
TÍNH TƠN THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÂY PHÂT ĐIỆN SỬ DỤNG BIOGAS