mía
4.1.1. Bã mía trước khi tiề
Hình 4.1: Phân tích thành phần bã mía trước khi
Hình 4.2: Thành phần bã mía trước tiền xử lý theo nghiên Parameswaran
So sánh kết quả phân tích thành phần bã mía được trình bày ở hình quả của Binod Parameswaran
24 21 4.4 0.6 Thành ph 25 25 Thành ph Trang 61
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN a quá trình tiền xửlý đến thành phần và c
ền xử lý
Phân tích thành phần bã mía trước khi tiền xử lý
hành phần bã mía trước tiền xử lý theo nghiêncứu của Binod Parameswaran và cộng sự (2009).
So sánh kết quả phân tích thành phần bã mía được trình bày ở hình
Binod Parameswaran và cộng sự (2009) về thành phần trung bình của nhiều
47 3 nh phần bã mía chưa tiền xử lý Cellulose Hemicellulose Lignin Chất béo Chất trích ly Tro 50 nh phần bã mía theo A và cộng sự Cellulose Hemicellulose Lignin n và cấu trúc bã
cứu của Binod
So sánh kết quả phân tích thành phần bã mía được trình bày ở hình 4.1 với kết về thành phần trung bình của nhiều
Trang 62
loại bã mía được trình bày ở hình 4.2 cho thấy có sự sai khác không đáng kể về các thành phần cellulose, hemicellulose, lignin của bã mía. Qua đó, ta có thể suy luận các thành phần xơ sợi không khác nhau nhiều giữa các loại bã mía khác nhau.
Qua kết quả phân tích thành phần bã mía trình bày ở hình 4.1 cho thấy bã mía là nguyên liệu giàu cellulose (gần 50%), do đó có thể thấy bã mía lànguyên liệu rất tiềm năng cho công nghệ sản xuất bioethanol từ lignocellulose. Ngoài ra, bã mía chứa ít tro và không nhiều lignin, ít gây cản trở đến quá trình sinh trưởng của vi sinh vật, do vậy có thể sử dụng nguồn bã mía rẻ tiền như là cơ chất cảm ứng vi sinh vật sinh tổng hợp cellulase thay cho các cơ chất đắt tiền khác (Avicel, lactose, sophorose..)
Hàm lượng hemicellulose là thành phần nhiều thứ hai trong bã mía. Nó tồn tại ở trạng thái vô định hình, dễ thấm nước, cản trở sự tiếp xúc của enzyme với cellulose nên đây là thành phần cần loại bỏ. Tuy nhiên với hàm lượng hemicellulose khá cao (24%) và là một loại polysaccharide khi thủy phân tạo các đường C5, vì vậy, ta có thể tận dụng nguồn nguyên liệu này để sản xuất bioethanol thông qua các loại nấm men lên men đường C5 ( như Pichia stipitis).
Bã mía chứa không nhiều lignin (21%) và chiếm tỉ lệ tương đối thấp so với các loại phế phẩm nông nghiệp khác. Tuy nhiên, lignin ngăn cản sự phát triển của vi sinh vật trên lignocellulose, do vậy đây là thành phần cần loại bỏ. Loại bỏ lignin cũng giúp tăng khảnăng tiếp xúc pha của cellulose với enzyme trong quá trình đường hóa, tránh tổn thất enzyme mắc tiền do quá trình enzyme hấp phụ lên bề mặt lignin.
Dựa vào kết quả phân tích thành phần bã mía cho thấy phương pháp tiền xử lý bã mía thích hợp nhất là alkaline nhằm loại bỏ lignin, tro và tăng độ phồng nở của cellulose, tăng hiệu quả thủy phân và hiệu quả cảm ứng sinh cellulase của vi sinh vật. Do có thể xem sự sai khác về yếu tố thành phần nguyên liệu là không nhiều, nên đề tài đã áp dụng hai chế độ tiền xử lý cho kết quả lên men bán rắn thu cellulase và kết quả đường hóa cao được công bố bởi nhóm nghiên cứu Reeta Rani Singhania và cộng sự (2006) với NaOH 0.1 N, nhiệt độ phòng, trong 12 giờ và của nhóm Xuebing Zhaca (2009)và cộng sự (2009) với NaOH 2%, 900C, 1.5 giờ.
Nhìn chung, qua kết quả phân tích cho thấy bã mía là một nguồn nguyên liệu có tiềm năng cho quá trình sản xuất bioethanol và
sản xuất cellulase, đặc biệt là sản xuất cellulase bằng phương pháp lên men bán rắn
4.1.2. Bã mía sau khi tiền x 4.1.2.1. So sánh về thành phần
Hình 4.3: Phân tích thành phần bã mía sau tiền xử lý Dựa vào hình 4.3, cho th
hemicellulose và tro có giảm nhưng không nhiều trong khi đó hàm lượng cellulose chất trích ly tăng lên với cả hai phương pháp t
trình tiền xử lý được tiến hành trong môi kiềm loãng tương đối bền đối với kiềm ở n
lignin dễ bị phân hủy trong mạnh.
Hàm lượng chất trích ly sau tiền xử lý tăng lên trong quá trình phân hủy lignin trong môi trường kiềm thành nên sinh ra các hợp chất ch
trên bã mía. Mặt khác, do khi lignin b 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Chưa xử lý T 47 24 21 4.4 0. 3 Thành phần các m Trang 63
qua kết quả phân tích cho thấy bã mía là một nguồn nguyên liệu có ềm năng cho quá trình sản xuất bioethanol và là cơ chất cảm ứng sinh cellulase trong
đặc biệt là sản xuất cellulase bằng phương pháp lên men bán rắn
n xử lý
So sánh về thành phần
Phân tích thành phần bã mía sau tiền xử lý a vào hình 4.3, cho thấy hàm lượng lignin giảm mạnh;
hemicellulose và tro có giảm nhưng không nhiều trong khi đó hàm lượng cellulose t trích ly tăng lên với cả hai phương pháp tiền xử lý. Điều này là hợ
n hành trong môi kiềm loãng, cellulose và hemicellulose i kiềm ở nồng độ thấp nên không bị thủy phân
môi trường kiềm loãng, do vậy hàm lượng lignin giảm
t trích ly sau tiền xử lý tăng lên, nguyên nhân là có kh y lignin trong môi trường kiềm, ở nhiệt độ cao (90
t chất trích ly mới không tan trong dịch, mộ t khác, do khi lignin bị tách ra nên phần trăm khối lượng c
T phòng, 12h 90oC, 1.5h 54 67 19 15 10 6 3.4 2.8 .6 12.1 8.2 1.5 1 c mẫu bã mía với chế 1ộ tiền xử lý khác nhau Tro Ch Ch Lignin Hemicellulose Cellulose
qua kết quả phân tích cho thấy bã mía là một nguồn nguyên liệu có cơ chất cảm ứng sinh cellulase trong đặc biệt là sản xuất cellulase bằng phương pháp lên men bán rắn.
; hàm lượng hemicellulose và tro có giảm nhưng không nhiều trong khi đó hàm lượng cellulose, ợp lý, vì quá , cellulose và hemicellulose
thủy phân. Ngược lại, do vậy hàm lượng lignin giảm
nguyên nhân là có khả năng cao (900C) đã hình ột phần còn lại i lượng của chất trích c nhau Tro Chất trích ly Chất béo Lignin Hemicellulose Cellulose
Trang 64
ly tăng lên khi tính trên cùng một khối lượng mẫu đem phân tích.
Hàm lượng tro có giảm đi, vì tro trong bã mía chủ yếu là các hợp chất muối vô cơ. Dưới điều kiện xử lý, các muối này tan vào trong dịch. Điều này rất thuận lợi cho quá trình đường hóa và quá trình nuôi cấy vi sinh vật tiếp theo.
So sánh thành phần bã mía với hai chế độ tiền xử lý khác nhau ở hình 4.3 cho thấy bã mía tiền xử lý ở 900C loại được nhiều lignin hơn bã mía tiền xử lý ở nhiệt độ phòng. Thành phần hemicellulose cũng bị loại nhiều hơn với bã mía tiền xử ở 900C tuy nhiên sự chênh lệch là không nhiều. Với bã mía xử lý ở nhiệt độ cao, do lignin và hemicellulose bị tách ra nhiều hơn nên phần trăm khối lượng của cellulose tăng lên rõ rệt khi tính trên cùng một khối lượng mẫu đem phân tích.
Dựa vào kết quả thu nhận được, ta thấy bã mía sau tiền xử lý chứa nhiều cellulose (54-67%), ít tro, hàm lượng lignin thấp(6-10%) rất thích hợp làm nguyên liệu để sản xuất bioethanol và làm cơ chất cảm ứng vi sinh vật sinh tổng hợp cellulase.
4.1.2.2. So sánh về cấu trúc
So sánh về cấu trúc và màu sắc của bã mía chưa tiền xử lý và xử lý ở nhiệt độ cao, thời gian ngắn (900C, 1.5 giờ) và nhiệt độ phòng, thời gian dài (12 giờ) cho thấy sự khác biệt rõ rệt về cấu trúc và màu sắc.
Về cấu trúc, bã mía chưa tiền xử lý có cấu trúc cứng, chắc, độ kết tinh cao trong khi bã mía xử lý ở 900C, 1.5 giờ cho cấu trúc phồng xốp, mềm mại, do vậy tăng diện tích tiếp xúc của cellulose và làm giảm độ kết tinh của cellulose, rất có lợi cho quá trình đường hóa bằng cellulase. Bã mía tiền xử lý ở nhiệt độ phòng, 12 giờ cho cũng cấu trúc phồng nởhơn so với bã mía chưa tiền xử lý, tuy nhiên kém hơn so với bã mía xử lý ở 900C, 1.5 giờ.
Về màu sắc, bã mía chưa tiền xử lý có màu nâu đậm nhất (màu của lignin) do có nhiều thành phần lignin trong cấu trúc. Bã mía xử lýở nhiệt độ phòng, 12 giờ có màu nâu nhạt và bã mía xử lý ở 900C, 1.5 giờ có màu trắng (màu của cellulose và hemicellulose)do loại được nhiều lignin nhất.
Trang 65
Hình 4.4 : Cấu trúc và màu sắc của bã mía chưa tiền xử lý, bã mía xử lý ở nhiệt độ phòng, 12 giờ và xử lý ở 900C, 1.5 giờ (từ trái qua)
Hình 4.5 : Bã mía tiền xử lý ở 900C, 1.5 giờ.
Qua đó, ta thấy quá trình tiền xử lý có tác động tích cực lên cấu trúc và thành phần của bã mía. Theo Tanaka and Matsuno (1985) bã mía tiền xử lí giúp vi sinh vật dễ tấn công vào cellulose hơn và theo Xuebing Zhaca (2009) bã mía được tiền xử lý giúp tăng hiệu quả thủy phân bã mía.