CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4. Tiến hành thí nghiệm
Đề tài này tập trung khảo sát quá trình lên men bioethanol từ vỏ cacao. Quá trình khảo sát được thực hiện song song 2 phương pháp: lên men đồng thời (SSF) và lên men truyền thống (SHF) để so sánh từ đó chọn ra phương pháp tối ưu nhất.
36
2.4.1Lên men riêng (SHF):
Hình 2.1. Quy trình SHF Quy trình lên men gồm có 3 giai đoạn chính:
• Tiền xử lý nguyên liệu:
Lớp vỏ cứng của cacao có chứa hầu hết các loại glucide, trong đó tỉ lệ cellulose và đường chiếm khá cao. Do đặc điểm cấu tạo của vỏ quả cacao có chứa các lignocellulose, trong đó có các phân tử lignin là vỏ bao bọc bên ngoài các mạch cellulose, hemicellulose nên việc xâm nhập của enzyme vào bên trong mạch phân tử rất khó khăn. Trong thành phần của vỏ quả có mặt của các phân tử lignin, là polymer vô định hình trong phân tử có các nhóm – OH, – OCH3, là các cầu nối chính để liên kết các mạch cellulose lại với nhau nên làm cho vỏ quả trở nên dai và cứng. Do đó, để thực hiện quá trình thủy phân có hiệu quả cần phải loại bỏ các liên kết giữa lignin và cellulose, giúp cho các tác nhân thủy phân như acid dễ dàng tác động vào mạch cellulose và bẻ gãy liên kết giữa các monomer thành các phân tử đường.
Để loại bỏ liên kết có thể sử dụng các phương pháp: nhiệt độ cao, acid, nổ hơi nước, sinh học, điện trường.
Vỏ cacao được thu gom về sẽ được cắt nhỏ khoảng 3 – 4 cm để thuận tiện trong quá trình sấy khô nguyên liệu.Vỏ cacao được sấy khô sẽ được xay nhuyễn thành bột
Vỏ chuối
Tiền xử lý H2SO4
Thủy phân - Enzyme
- H2SO4, nhiệt độ Lên men
Nấm men
37
mịn nhằm tăng diện tích tiếp xúc với tác nhân thủy phân giúp quá trình thủy phân diễn ra nhanh và đạt hiệu quả cao nhất. Quá trình tiền xử lý phải đáp ứng những yêu cầu:
- Nâng cao được hiệu quả của quá trình thủy phân tiếp theo.
- Hạn chế sự mất mát Hydrocarbon.
- Tránh sự tạo thành các sản phẩm phụ làm ức chế quá trình thủy phân và quá trình lên men tiếp theo.
- Tiết kiệm được chi phí.
• Thủy phân nguyên liệu:
Cellulose có trong nguyên liệu vỏ cacao là hợp chất cao phân tử gồm rất nhiều mắt xích β - D - glucose ghép lại và rất bền vững.Vì thế phải dùng các tác nhân thủy phân để phân cắt cellulose thành các mạch đường ngắn như oligosaccharide, cellobiose và cuối cùng là glucose để nấm men dễ dàng sử dụng và chuyển hóa đường thành ethanol.Có nhiều phương pháp thủy phân nhưng thường được sử dụng là dùng acid H2SO4 hoặc thủy phân bằng enzyme. Hiện nay phương pháp dùng enzyme được sử dụng nhiều nhất vì đạt hiệu quả cao, ít độc hại và an toàn hơn.
Đề tài tiến hành khảo sát phương pháp thủy phân bằng cellulase 1%, 3 %, 5 % ở 50oC, pH = 5 trong 1, 2, 3 ngày. Đồng thời tiến hành khảo sát quá trình thủy phân bằng H2SO4 để tìm ra điều kiện thuỷ phân tối ưu nhất cho quá trình lên men.
Nguyên liệu sau khi thủy phân được đem hấp khử trùng (1atm, 10 phút, 121 oC) để tiêu diệt vi sinh vật tránh gây nhiễm trong quá trình lên men. Cuối cùng được bổ sung nấm men có mật độ 108 CFU/ml tiến hành lên men ở nhiệt độ phòng.Sau lên men thu dịch cồn.
• Lên men:
Nguyên liệu sau khi thủy phân được đem hấp khử trùng (1atm, 10 phút, 121 oC) để tiêu diệt vi sinh vật tránh gây nhiễm trong quá trình lên men. Cuối cùng được bổ sung nấm men có mật độ 109 CFU/ml tiến hành lên men ở nhiệt độ phòng.Sau lên men thu dịch cồn.
38
2.4.2. Lên men đồng thời
Hình 2.2. Quy trình SSF
Nguyên liệu sau khi tiền xử lí sẽ được trung hoà pH, mang hấp khử trùng (1210C, 1 atm, 20 phút) để tiêu diệt vi sinh vật tránh gây nhiễm trong quá trình lên men. Cuối cùng được bổ sung enzyme và nấm men tiến hành thủy phân và lên men đồng thời. Sau lên men thu dịch cồn.
Nấm men sử dụng trong thủy phân và lên men đồng thời là nấm men chịu nhiệt (Top~380C) để thích hợp với nhiệt độ tối thích của enzyme thủy phân.