Nghiên cứu công nghệ thủy phân và lên men đồng thời lục bình thành cồn sinh học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THUỶ PHÂN VÀ LÊN
MEN ĐỒNG THỜI LỤC BÌNH THÀNH CỒN SINH
HỌC
Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Đình Quân
Sinh viên thực hiện : Lê Hồng Đức
MSSV: 1151110089 Lớp: 11DSH02
TP. Hồ Chí Minh, 2015

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của tôi, dưới
sự hỗ trợ của giảng viên hướng dẫn là TS. Nguyễn Đình Quân. Những kết quả trong
quá trình nghiên cứu là trung thực và không sao chép của ai. Nội dung trong đồ án
có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp
chí và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo. Ngoài ra, đề tài còn sử dụng
một số nhận xét, đánh giá của các tác giả, cơ quan khác và cũng được thể hiện trong
phần tài liệu tham khảo.
Nếu phát hiện có sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước
Hội đồng và chấp nhận mọi kỷ luật từ nhà trường.
Sinh viên thực hiện
Lê Hồng Đức

LỜI CẢM ƠN
Những tháng ngày còn học tại trường, thầy cô đã truyền dạy cho em những
kiến thức và những kinh nghiệm quý báu trong cuộc sống. Và trong những ngày
làm đồ án tốt nghiệp, em được củng cố những kiến thức cũng như những kinh
nghiệm trong thời gian làm đồ án. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa
Công Nghệ Sinh Học - Thực Phẩm – Môi Trường và ban giám hiệu Trường Đại
Học Công Nghệ TP.HCM đã tận tình dạy dỗ, tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho
chúng em học tập trong suốt 4 năm học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy TS. Nguyễn Đình Quân đã tận
tình hướng dẫn, tạo nhiều điều kiện thuận lợi và đưa ra những lời khuyên chân tình,
giúp em hoàn thành tốt đồ án của mình.
Em cũng chân thành cảm ơn cô Trần Thị Tưởng An, chị Vũ Lê Vân Khánh,
chị Trần Phước Nhật Uyên, anh Phan Đình Đông đã giúp đỡ em kiến thức chuyên
môn cũng như tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho em thực hiện tốt đồ án tốt nghiệp.
Em cũng xin chân thành cảm ơn bạn Nguyễn Gia Hân, bạn Nguyễn Thuỳ
Dung đã luôn động viên, ủng hộ tinh thần giúp em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp.
Và con cũng xin cảm ơn Bố, Mẹ người đã luôn âm thầm ủng hộ, động viên
tinh thần cũng như tiếp cho con nghị lực sống để hoàn tốt đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp
i
MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC BẢNG .........................................................................................v
MỞ ĐẦU......................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề..........................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu: ........................................................................................2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu:.......................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................3
5. Kết cấu đồ án:....................................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................4
1.1 Giới thiệu về bioethanol .....................................................................................4
1.1.1 Khái niệm Bioethanol ..................................................................................4
1.1.2 Tình hình phát triển của bioethanol trong nước và thế giới.......................4
1.1.2.1 Trên thế giới:.........................................................................................4
1.1.2.2 Trong nước............................................................................................7
1.2 Các loại Bioethanol ...........................................................................................8
1.2.1 Bioethanol thế hệ thứ nhất..........................................................................8
1.2.2 Bioethanol thế hệ thứ hai.............................................................................8
1.2.3 Bioethanol thế hệ thứ ba..............................................................................9
1.2.4 Ưu điểm và nhược điểm của Bioethanol ...................................................10
1.3 Quy trình sản xuất bioethanol từ sinh khối lignocellulose ............................12
1.3.1 Sinh khối lignocellulose............................................................................12
1.3.2 Cellulose....................................................................................................13
1.3.3 Hemicellulose............................................................................................13
1.3.4 Lignin ........................................................................................................14
1.4 Các bước biến đổi sinh khối lignocellulose thành ethanol.............................14
1.4.1 Quá trình tiền xử lý...................................................................................14

ii
1.4.2 Quá trình thuỷ phân...................................................................................18
1.4.3 Quá trình lên men .....................................................................................19
1.5 Vi sinh vật sử dụng cho quá trình lên men rượu.............................................21
1.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men ...........................................23
1.6 Lục bình ...........................................................................................................26
1.6.1 Phân loại khoa học ...................................................................................26
1.6.2 Nguồn gốc.................................................................................................26
1.6.3 Nơi sống ....................................................................................................27
1.6.4 Thành phần hoá học ..................................................................................27
1.6.5 Đặc điểm sinh trưởng ................................................................................28
1.6.6 Hình thức sinh sản....................................................................................28
1.6.7 Thực trạng sử dụng lục bình ở Việt Nam .................................................28
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................31
2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu....................................................................31
2.1.1 Thời gian nghiên cứu.................................................................................31
2.1.2 Địa điểm.....................................................................................................31
2.2 Nguyên liệu và hoá chất ...................................................................................31
2.2.1 Nguyên liệu ................................................................................................31
2.2.2 Hoá chất.....................................................................................................33
2.3 Thiết bị và dụng cụ...........................................................................................34
2.3.1 Dụng cụ......................................................................................................34
2.3.2 Thiết bị .......................................................................................................34
2.4 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................37
2.4.1 Phương pháp phân tích thành phần xơ sợi ..............................................37
2.4.2 Phương pháp đo nồng độ glucose, xylose và ethanol bằng sắc ký lỏng
hiệu cao năng (HPLC)........................................................................................40
2.4.3 Phương pháp đo độ ẩm nguyên liệu..........................................................42
2.4.4 Phương pháp nuôi cấy men và xác định chỉ số OD..................................43
2.5 Bố trí thí nghiệm...............................................................................................46

iii
2.5.1 Sơ đồ thí nghiệm trong đồ án ....................................................................46
2.5.2 Bố trí thí nghiệm ........................................................................................47
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.............................................................49
3.1 Thành phần lục bình ban đầu ...........................................................................49
3.2 Qúa trình thuỷ phân và lên men đồng thời.......................................................50
3.2.1 Kết quả thời gian lên men..........................................................................50
3.2.2 Hiệu suất lên men theo thời gian...............................................................51
3.3 Thành phần bã lục bình sau khi thuỷ phân và lên men đồng thời ...................53
3.4 Thí nghiệm bổ sung..........................................................................................54
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .........................................................56
4.1 Kết luận.............................................................................................................56
4.2 Kiến Nghị..........................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................58
PHỤ LỤC ....................................................................................................................1

iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Dự án JICA - JST ........................................................................................7
Hình 1. 2 Cấu trúc lignocellulose..............................................................................12
Hình 1. 3 Cấu trúc không gian của cellulose ............................................................13
Hình 1. 4 Nấm men Saccharomyces cerevisiae quan sát dưới kính hiển vi.............21
Hình 1. 5 Chu kỳ sinh sản của tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae ............23
Hình 1. 6 Lục Bình ....................................................................................................26
Hình 2. 1 Lục bình.....................................................................................................31
Hình 2. 2 Cắt, bỏ rễ, rửa lục bình ..............................................................................31
Hình 2. 3 Enzyme Cellulase ......................................................................................32
Hình 2. 4 Bột ngô (CSL) ...........................................................................................33
Hình 2. 5 Thiết bị phân tích HPLC ...........................................................................36
Hình 2. 6 Thiết bị quang phổ UV - VIS....................................................................39
Hình 2. 7 Thiết bị lọc chân không.............................................................................39
Hình 2. 8 Thiết bị đánh siêu âm ................................................................................41
Hình 2. 9 Máy đo độ ẩm............................................................................................43
Hình 2. 10 Dịch kích hoạt men giống .......................................................................44
Hình 2. 11 Dịch nấm men sau ly tâm........................................................................45
Hình 2. 12 Máy quang phổ kế ...................................................................................45
Hình 2. 13 Sơ đồ thí nghiệm......................................................................................46
Hình 2. 14 Dụng cụ thuỷ phân và lên men đồng thời ...............................................47
Hình 3. 1 Thành phần sơ xợi của lục bình. ...............................................................49
Hình 3. 2 Nồng độ ethanol và glucose theo thời gian lên men khi sử dụng enzyme
với liều lượng là 2 % khối lượng so với khối lượng lục bình khô : (1) Ethanol; (2)
Glucose. ......................................................................................................................50
Hình 3. 3 Hiệu suất lên men ethanol theo thời gian.................................................51
Hình 3. 4 Thành phần bã lục bình sau khi thuỷ phân và lên men đồng thời ............53
Hình 3. 5 So sánh hiệu suất của quá trình SSF theo thời gian: (1) 3% Enzyme; (2)
2,5% Enzyme; (3) 1,5 % Enzyme; (4) 2% Enzyme. .................................................54

v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1 Thành phần các chất có trong cấu trúc của nấm men được lạnh đông khô
.....................................................................................................................................22
Bảng 1. 2 Thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng của lục bình . ........................27
Bảng 1. 3 Thành phần sơ xợi lục bình từ nhiều nguồn khác nhau ..........................29
Bảng 2. 1 Hóa chất sử dụng trong quá trình thực hiện thí nghiệm. ..........................33
Bảng 2. 2 Thành phần các chất trong bình phản ứng................................................48

1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Quá trình sử dụng xăng dầu đã trở thành mối quan tâm lớn trong vấn đề biến
đổi khí hậu toàn cầu do việc sản sinh lượng khí CO2 ngày càng nhiều gây ra hiệu
ứng nhà kính. Việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch cũng tạo ra mối quan tâm về
nguồn dầu mỏ đang ngày càng cạn kiệt cũng như giá cả nhiên liệu ngày càng tăng,
gây ảnh hưởng đến kinh tế toàn cầu. Những mối quan tâm này đã góp phần thúc đẩy
quá trình tạo ra một loại năng lượng thay thế có thể đáp ứng được nhu cầu năng
lượng lớn của thế giới, trong đó phải kể đến ethanol sinh học.
Hiện nay trên thế giới , Brazil và Hoa Kỳ là hai nước dẫn đầu trong việc sử
dụng tinh bột, đường từ ngô và cây mía để sản xuất ra ethanol sinh học. Ethanol
sinh học này là một loại nhiên liệu sinh học thuộc thế hệ thứ nhất được sản xuất từ
tinh bột và đường bằng công nghệ thông thường. Tuy nhiên, việc sản xuất từ
ethanol sinh học thuộc thế hệ thứ nhất gây ra những cuộc cạnh tranh về vấn đề
lương thực trên thế giới cũng như về vấn đề kinh tế với nhiên liệu hoá thạch. Nhưng
ethanol sinh học thế hệ thứ hai có thể giúp giải quyết những vấn đề này và có thể
cung cấp một lượng nhiên liệu bền vững, chi phí thấp, đồng thời bảo vệ môi trường
sống của con người. Ethanol sinh học thế hệ thứ hai được sản xuất dựa trên các loại
cây không ăn được (sinh khối lignocellulose), chúng được biết đến là một nguồn
nguyên liệu phong phú, rẻ tiền và được xem là chất thải ở một số nước.
Những nguồn nguyên liệu này bao gồm là những phụ phế phẩm nông nghiệp
như: lá, thân cây từ cây ngô, bắp, mía, vỏ trấu, rơm rạ... Đây là những nguồn
nguyên liệu dễ kiếm và rẻ tiền. Ngoài những nguồn nguyên liệu kể trên, nguồn
lignocellulose có thể được tìm thấy ở chất thải của các ngành công nghiệp và nông
nghiệp, ví dụ như vỏ chanh, mùn cưa, bột giấy, chất thải công nghiệp. Chính những
ưu điểm được nêu như trên nên việc sản xuất ra ethanol sinh học từ nguồn
lignocellulose có ý nghĩa thiết thực và cần thiết.

2
Ngoài các loại nguyên liệu như mía, bắp để sản xuất ra ethanol. Thực vật
thuỷ sinh cũng được coi như là một nguồn năng lượng thay thế đầy hứa hẹn do
nguồn nguyên liệu phong phú và dễ trồng. Hơn nữa, chúng có những thuận lợi như
cơ thể phát triển trên mặt nước mà không cạnh tranh với hầu hết các loại cây lương
thực và rau quả cho đất canh tác. Trong số những loài thực vật thuỷ sinh thì không
thể không kể đến nguồn nguyên liệu phong phú là lục bình. Bên cạnh những mặt
hạn chế như trở ngại cho giao thông đường thuỷ cũng như gây ô nhiễm môi trường
do lục bình ngăn cản dòng chảy, rác thải bị ứ đọng gây ra nhiều dịch bệnh cho
những người dân sống xung quanh. Bên cạnh đó, những cuộc nghiên cứu của các
nhà khoa học thì lục bình được xem như là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho việc
sản xuất ra ethanol. Để khắc phục tình trạng khủng hoảng năng lượng toàn cầu cũng
như hạn chế ô nhiễm môi trường, đề tài “ Nghiên cứu công nghệ thuỷ phân và lên
men đồng thời lục bình thành cồn sinh học ” được thực hiện nhằm giải quyết những
vấn đề thực tiễn như nhiên liệu hoá thạch đang dần cạn kiệt, giảm lượng khí CO2 và
đồng thời giảm thiểu những tác hại cũng như tận dụng được nguồn nguyên liệu lục
bình ở các kênh rạch.
2. Mục tiêu nghiên cứu:
Nghiên cứu quá trình thủy phân và lên men đồng thời để chuyển hóa
cellulose trong nguồn lục bình ban đầu thành ethanol.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu:
Để thực hiện mục tiêu được nêu trên, đồ án tập trung nghiên cứu các nhiệm
vụ sau:
• Nghiên cứu thành phần lục bình trước và sau khi thuỷ phân và lên men đồng
thời.
• Khảo sát nồng độ ethanol, nồng độ glucose trong quá trình thuỷ phân và lên
men đồng thời lục bình theo thời gian.

3
4. Phương pháp nghiên cứu
Đồ án sử dụng những phương pháp nghiên cứu sau đây:
• Phương pháp phân tích thành phần xơ sợi.
• Phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao năng (HPLC) để đo nồng độ glucose,
xylose, ethanol.
• Phương pháp đo độ ẩm nguyên liệu.
• Phương pháp nuôi cấy men và xác định chỉ số OD.
5. Kết cấu đồ án:
Đồ án được chia làm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan tài liệu
Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và bàn luận.
Chương 4: Kết luận và kiến nghị.

4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Giới thiệu về bioethanol
1.1.1 Khái niệm Bioethanol
Bioethanol (ethanol sinh học) là ethanol được sản xuất từ các loại nguyên
liệu thực vật chứa đường bằng phương pháp lên men vi sinh hoặc từ các loại
nguyên liệu chứa tinh bột và cellulose thông qua các phản ứng trung gian thuỷ phân
thành đường.
Hiện nay, trên thế giới các loại nguyên liệu chứa nhiều tinh bột và đường
như mía, ngô được sử dụng phổ biến hơn do chi phí sản xuất thấp.
1.1.2 Tình hình phát triển của bioethanol trong nước và thế giới
1.1.2.1 Trên thế giới:
Những năm gần đây, trên thế giới có nhiều nghiên cứu về quá trình sản xuất
bioethanol từ sinh khối và thu về được những thành công nhất định, là những tiền
đề thuận lợi cho sự phát triển của công nghệ sản xuất bioethanol. Những nước tiên
phong trong việc sử dụng xăng sinh học là Brazil và Mỹ.
• Brazil
Chúng ta không nhiều người biết Brazil đã sử dụng nhiên liệu ethanol làm từ
mía đường lần đầu tiên từ cuối những năm 20 và đầu những năm 30 của thế kỷ
trước - thuộc hàng sớm nhất thế giới. Nhà máy sản xuất nhiên liệu ethanol đầu tiên
đi vào hoạt động từ năm 1927 có tên là Usina Serra Grande Alagoas, bang Alagoas.
Chỉ đạo dùng mía đường làm nguyên liệu sản xuất ethanol và bắt buộc phối trộn
loại nhiên liệu này vào xăng truyền thống của Chính phủ Brazil bắt nguồn từ việc ở
quốc gia này sản xuất đường từ mía đã trở nên quá dư thừa so với nhu cầu. Trong
khi đó, các sản phẩm phụ thu từ sản xuất đường mía như ethanol và cồn ethyl thì
hoàn toàn có thể xử lý để sản xuất đồ uống có cồn, nhiên liệu ethanol hoặc rượu sử
dụng trong công nghiệp hay chất khử trùng [41].
Do chính sách này, từ năm 1933 đến năm 1945, số lượng các nhà máy sản
xuất nguyên liệu ethanol ở Brazil đã tăng từ 1 lên đến 54 nhà máy.Và chỉ trong

5
vòng 4 năm từ 1933-1937, sản lượng ethanol cũng tăng từ 100.000 lít lên 51,5 triệu
lít, chiếm 7% nhu cầu sử dụng nhiên liệu trên toàn quốc [41].
Những năm 70, khi cuộc khủng hoảng dầu mỏ thế giới đầu tiên xảy ra dẫn
đến tình trạng khan hiếm xăng dầu nghiêm trọng làm tăng chi phí nhập khẩu dầu
mỏ tăng gấp đôi. Để đối phó cuộc khủng hoảng dầu mỏ những năm 70, chính phủ
Brazil đã bắt đầu thúc đẩy việc sử dụng ethanol sinh học làm nhiên liệu. Chương
trình “Pro Alcohol” ra mắt vào năm 1975 là một chương trình quốc gia được chính
phủ tài trợ nhằm mục tiêu loại bỏ các loại nhiên liệu được sản xuất từ nhiên liệu hóa
thạch như xăng, tăng cường sản xuất cũng như khuyến khích sử dụng ethanol sản
xuất từ mía đường [41].
Năm 1979, chiếc Fiat 147 ra đời là chiếc xe đầu tiên trên thế giới chạy bằng
nhiên liệu ethanol tinh khiết (E100). Song song đó, các nhà khoa học Brazil được
lệnh nghiên cứu phát triển các hợp kim để bảo vệ các bộ phận bên trong của động
cơ chạy bằng xăng và bình nhiên liệu khỏi sự ăn mòn của ethanol. Từ 1986-1989,
90% các loại xe mới được bán ở thị trường Brazil đều có thể chạy bằng nhiên liệu
ethanol [41].
Nếu tại Brazil, việc sản xuất ethanol sinh học chủ yếu là từ mía thì tại Mỹ thì
nguyên liệu sản xuất chính ethanol lại là ngô.
• Mỹ
Khác xa với Brazil, Mỹ sản xuất ethanol sinh học để đảm bảo vấn đề an ninh
lương thực và giảm khí thải. Năm 1970, tại Mỹ xảy ra một sự kiện quan trọng là
thông qua Đạo luật Không khí sạch và thành lập Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ
(EPA), đơn vị có trách nhiệm điều chỉnh chặt chẽ hơn các tiêu chuẩn khí thải các
chất ô nhiễm như dioxit lưu huỳnh (SO2), carbon monoxide (CO2), ozone (O3) và
các oxit nitơ. Điều này tạo tiền đề cho phát triển nhiên liệu cháy sạch hơn, cũng như
thiết lập các tiêu chuẩn cho các chất phụ gia nhiên liệu [41].
Sau 2 lần biến động bởi lệnh cấm vận dầu mỏ của Ả Rập vào năm 1973-
1974 và cuộc Cách mạng Iran nổ ra năm 1979 làm giá dầu tăng vọt trên thị trường,
cùng với sự sụt giảm khai thác dầu mỏ ở trong nước, Mỹ càng bị thôi thúc phải tìm

6
cách giảm bớt sự phụ thuộc vào dầu mỏ truyền thống không chỉ vì mục tiêu cải
thiện chất lượng không khí mà còn vì an ninh năng lượng [41].
Sau khi bắt đầu thử nghiệm sử dụng xăng sinh học E10 (pha trộn với 10%
ethanol tùy theo thể tích) vào năm 1976, đến năm 1978, Quốc hội Mỹ đã công nhận
những lợi ích của ethanol trong nhiên liệu và bắt đầu áp dụng biện pháp giảm thuế
đối với xăng pha ethanol để khuyến khích phát triển thị trường nhiên liệu này [41].
Trong tương lai, các loại nguyên liệu sinh học ở Mỹ sẽ không sản xuất chủ
yếu từ ngô nữa mà sẽ được sản xuất từ các nguồn cao cấp hơn vì hiện nay chính phủ
Mỹ đã có chính sách hỗ trợ sản xuất nguyên liệu sinh học từ sinh khối hoặc là các
loại nguyên liệu khác [41].
• Nhật Bản
Tập đoàn Công nghiệp nặng Kawasaki của Nhật Bản đã phát triển công nghệ
sản xuất ethanol từ rơm với giá chỉ 40 yên (khoảng 0,45 USD) một lít, ngang với
mức chi phí sản xuất loại nhiên liệu sinh học này từ đường mía tại Brazil và các nơi
khác.
Tập đoàn Kawasaki cho biết công nghệ nói trên có chi phí sản xuất thấp là
nhờ chỉ sử dụng nước nóng để phân giải nguyên liệu thô, không phụ thuộc vào axít
sulfuric và enzym như phương pháp thông thường.
Công ty này đã tiến hành nghiên cứu và thí nghiệm sản xuất ethanol từ năm
2009 tại một nhà máy ở quận Akita của Nhật Bản và hiện đang lên kế hoạch bán các
thiết bị sản xuất nhiên liệu sinh học cho xe hơi trên toàn cầu [42].

7
1.1.2.2 Trong nước
Dự án “Kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phương với công nghiệp chế
biến Biomass” (Dự án JICA-JST Biomass) do Trường ĐH Bách khoa TP.HCM
phối hợp với Trường ĐH Tokyo (Nhật Bản) thực hiện trong thời gian 5 năm (từ
năm 2009 - 9/2014). Dự án hướng đến việc sản xuất xăng sinh học, biogas sạch có
nhiệt trị cao từ các phế phẩm nông nghiệp như: Rơm, rạ, trấu, phân bò… nhằm bảo
vệ môi trường, giảm hiệu ứng nhà kính và góp phần đảm bảo an ninh năng lượng.
Năm 2009, dự án đã xây dựng một mô hình thiết bị tại Trường ĐH Bách
khoa TP.HCM để nghiên cứu, sản xuất xăng sinh học. Sau gần 5 năm thực hiện, các
nhà khoa học đã nghiên cứu, sản xuất thành công xăng sinh học từ rơm rạ và các
chất thải có nguồn gốc xenlulo. Tuy nhiên, một trong những khó khăn của dự án là
giá thành xăng sinh học sản xuất từ rơm rạ khá cao, do chi phí phân hủy xenlulo
trong rơm rạ lớn [28].
Nhóm nghiên cứu đề tài Biomass, xử lý phế phẩm nông nghiệp, do TS. Phan
Đình Tuấn, trường ĐH Bách khoa TP.HCM phụ trách. Biomass là đề tài của nghiên
Hình 1. 1 Dự án JICA - JST

8
cứu công nghệ xử lý các phế phẩm trong sản xuất nông nghiệp như rơm, rạ, trấu…
nhằm sản xuất Bioethanol (cồn nguyên liệu), tiến tới xây dựng mô hình “Thị trấn
Biomass” tại Việt Nam [29].
Vừa qua, nhóm nghiên cứu của PGS.TS Trần Khắc Chương, Trường ĐH
Bách khoa (ĐH Quốc gia TP.HCM), cũng vừa công bố đã nghiên cứu thành công
một qui trình công nghệ có thể sản xuất ra những loại hóa chất phục vụ điều chế
xăng sinh học từ chính những nguồn nguyên liệu rẻ tiền của VN [30].
Nhà máy sản xuất xăng sinh học (Bioethanol) đầu tiên ở Việt Nam được xây
dựng tại tỉnh Quảng Nam do Công ty cổ phần Đồng Xanh làm chủ đầu tư. Công
suất của nhà máy 100.000 tấn cồn Ethanol/năm, tương đương 125 triệu lít/năm. Kể
từ khi cho ra đời mẻ sản phẩm đầu tiên vào tháng 9/2010, đến nay nhà máy đã đi
vào hoạt động và sản xuất được 12.000 tấn Ethanol phục vụ nhu cầu trong nước và
xuất khẩu. Bên cạnh đó, bã sắn sau khi được dùng sản xuất Ethanol, nhà máy tái chế
thành phân vi sinh phục vụ sản xuất cho người dân trên địa bàn với giá thành thấp
hơn giá thị trường nhưng chất lượng tương đương [31].
1.2 Các loại Bioethanol
Các sản phẩm nhiêu liệu sinh học đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển và có
thể chia thành 3 thế hệ, tùy thuộc vào công nghệ và nguyên liệu.
1.2.1 Bioethanol thế hệ thứ nhất
Ethanol sinh học thế hệ thứ nhất là ethanol sinh học làm từ đường, tinh bột,
bằng cách sử dụng công nghệ thông thường. Các nguyên liệu cơ bản để sản xuất
ethanol sinh học thế hệ đầu tiên thường là hạt giống hoặc các loại ngũ cốc như lúa
mì, tinh bột được lên men thành ethanol sinh học [35].
1.2.2 Bioethanol thế hệ thứ hai
Bioethanol thế hệ đầu tiên tuy có hiệu quả nhưng có nhiều mặt hạn chế.
Bioethanol thế hệ đầu bị hạn chế bởi khả năng mở rộng diện tích đất trồng trọt hiện
nay để trồng các loại cây thích hợp là có hạn. Hơn nữa, chúng ta không thể sản xuất

9
đủ ethanol sinh học mà không đe dọa nguồn cung cấp thực phẩm và đa dạng sinh
học và việc phải cạnh tranh về chi phí với nhiên liệu hóa thạch như xăng.
Bioethanol thế hệ thứ hai có thể giải quyết những vấn đề được nêu trên và có
thể cung cấp một lượng nhiên liệu bền vững, chi phí thấp, và với những lợi ích lớn
hơn về môi trường.
Ethanol sinh học thế hệ thứ hai được sản xuất dựa trên các loại cây không ăn
được (sinh khối lignocellulose), chúng được nghiền sấy rồi lên men thành nhiên liệu
sinh học. Các nguyên liệu này có nguồn gốc từ chất thải nông nghiệp, chất thải
rừng, chất thải rắn đô thị, các sản phẩm phụ từ quá trình chế biến thực phẩm hoặc
loại cỏ sinh trưởng nhanh như rơm, rạ, bã mía, vỏ trấu, cỏ…
Bioethanol thế hệ 2 được phân loại dựa trên bản chất quá trình chuyển hóa
sinh khối: sinh hóa hoặc nhiệt hóa. Quá trình sinh hóa được dùng để sản xuất
ethanol hay butanol thế hệ 2 và các nhiên liệu còn lại được tạo ra cùng với quá trình
nhiệt hóa. Một số loại nhiên liệu thế hệ 2 (được tạo ra từ quá trình nhiệt hóa) tương
tự như các sản phẩm được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, ví dụ như: methanol...
[32].
1.2.3 Bioethanol thế hệ thứ ba
Mặc dù Bioethanol thế hệ thứ hai có những ưu điểm vượt bậc hơn
Bioethanol thế hệ thứ nhất. Tuy nhiên, sự cạnh tranh về đất canh tác và nước vẫn
còn tồn tại. Do đó, các nhà nghiên cứu tìm kiếm một thế hệ mới - bioethanol thế hệ
thứ 3 - của nhiên liệu sinh học dựa trên chất béo chiết xuất từ vi tảo [28]. Vì từ lâu,
vi tảo đã được xem là nguồn tiềm năng để sản xuất ethanol sinh học vì sinh khối tảo
có chứa hàm lượng dầu cao có thể thay thế dầu mỏ nhưng lại thân thiện với môi
trường [34].
Việc dùng tảo để sản xuất ethanol sinh học thay thế dầu mỏ giống như một
mũi tên bắn trúng hai đích: vừa tạo ra năng lượng vừa góp phần làm sạch môi
trường. Mỗi tế bào tảo là một nhà máy sinh học nhỏ, sử dụng quá trình quang hợp
để chuyển hóa CO2 và ánh sáng mặt trời thành năng lượng dự trữ trong tế bào và tạo

10
ra các sản phẩm thứ cấp có giá trị cao. Hoạt động chuyển đổi của chúng hiệu quả
đến mức sinh khối có thể tăng gấp nhiều lần trong một ngày. Ngoài ra, trong quá
trình quang hợp, tảo còn sản xuất ra dầu ngay trong tế bào của chúng. Trên cùng
một đơn vị diện tích, lượng dầu mà tảo tạo ra nhiều gấp 30 lần lượng dầu từ đậu
nành. Đồng thời tảo có thể tăng khả năng sản xuất dầu bằng cách bổ sung khí
CO2 trong quá trình nuôi trồng chúng hoặc sử dụng các môi trường giàu chất hữu cơ
(như nước thải) để nuôi trồng .Điều này vừa tạo ra ethanol sinh học, vừa làm giảm
lượng CO2 cũng như làm sạch môi trường [35].
1.2.4 Ưu điểm và nhược điểm của Bioethanol
Bên cạnh những mặt lợi ích khi phát triển ethanol sinh học, còn có không ít
những nguy cơ về môi trường, kinh tế, môi trường. Vấn đề là thúc đẩy những mặt
lợi ích của ethanol sinh học và hạn chế những nguy cơ.
a) Ưu điểm:
• Bioethanol có tính chất trung tính về carbon. Điều này có nghĩa là carbon
được thải ra (dưới dạng CO2) trong quá trình đốt cháy để cung cấp năng
lượng được cây trồng tái hấp thụ thông qua quá trình quang hợp. Vòng tuần
hoàn khép kín này tạo nên sự ổn định hàm lượng CO2 trong khí quyển, vì thế
góp phần giảm hiệu ứng nhà kính, cải thiện môi trường [43].
• Có nguồn gốc từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh.
• Giảm sự lệ thuộc nguồn dầu mỏ, tham gia cân đối nhiên liệu, giảm lượng
xăng dầu nhập ngoại bằng nguồn nhiên liệu cung cấp trong nước, cải thiện
cán cân thương mại [43].
• Các phương pháp sản xuất ethanol truyền thống phải sử dụng nhiều nhiệt
lượng, thường tạo ra bằng việc đốt nhiên liệu hoá thạch, nhưng các phương
pháp mới sử dụng các nguyên liệu rẻ tiền và ít dùng đến như cỏ, lõi cây, rơm
rạ, để sản xuất ethanol bằng phương pháp lên men tự nhiên hoặc vật liệu có
thể tự tạo nhiệt lượng [43].
b) Nhược điểm:

11
Ngoài những ưu điểm được nêu trên, công cuộc phát triển ethanol sinh học
cũng phát sinh những nguy cơ ảnh hưởng nhiều mặt về kinh tế, xã hội, môi trường.
Những nguy cơ đó có thể được kể đến như sau: [43]
• Vấn đề lương thực:
Việc sử dụng đất để trồng cây nguyên liệu sản xuất ethanol sinh học có thể ảnh
hưởng đến nguồn cung cấp lương thực hoặc làm tăng giá lương thực, đặc biệt đối
với các nước đang phát triển. Khi người nông dân thấy trồng cây nguyên liệu (như
mía đường, cọ...) có lợi hơn trồng lúa, ngô, khoai, sắn, họ sẽ chuyển sang trồng mía,
cọ để cung cấp cho các nhà máy và làm cho sản lượng lương thực giảm.
• Ô nhiễm và cạnh tranh nguồn tài nguyên nước:
Nhiều loại cây nguyên liệu đòi hỏi rất nhiều nước trong quá trình sinh trưởng,
vì vậy nếu trồng với số lượng quá lớn, diện tích quá rộng sẽ làm cạn kiệt các nguồn
nước trong khu vực. Ngoài ra, việc sử dụng tràn lan vinhoto, một chất được dùng để
bón và tưới khi trồng mía đường cũng có thể gây ô nhiễm sông ngòi, kênh rạch và
làm cho các loài thuỷ sinh không thể tồn tại.
• Giảm diện tích đất trồng rừng:
Để có đất trồng cây nguyên liệu, người ta có thể tiếp tục phá rừng. Điều này đi
ngược lại với mục tiêu cắt giảm khí thải nhà kính mà những nhà phát triển nhiên
liệu sinh học vẫn mong muốn. Giảm diện tích rừng cũng đồng nghĩa với tai hoạ từ
sự xói mòn đất, gây lũ lụt, giảm lượng gỗ dùng cho xây dựng và các nhu cầu khác
của người dân.
• Nguy cơ về kinh tế, xã hội:
Nền công nghiệp nhiên liệu sinh học không thể chỉ dừng lại ở mức sản xuất nhỏ
lẻ, mà không ngừng phát triển. Những người nghèo, không có khả năng tự chủ canh
tác phải bán ruộng. Đất đai tập trung vào một số điền chủ lớn. Như vậy, một lớp
người sẽ tước mất phương tiện sản xuất, rơi vào tình trạng thất nghiệp, nghèo đói,
làm bất ổn đời sống xã hội. Kéo theo đó là tình trạng phân hoá giàu nghèo ngày
càng rõ rệt.

12
• Việc chuyển hóa từ nguyên liệu sinh khối thành bioethanol đòi hỏi trình độ
khoa học kỹ thuật cao và đầu tư lớn.
1.3 Quy trình sản xuất bioethanol từ sinh khối lignocellulose
1.3.1 Sinh khối lignocellulose
Lignocellulose là một chất hữu cơ tái tạo và là thành phần cấu trúc chính của
thành tế bào thực vật. Lignocellulose là nguyên liệu dồi dào có sẵn hầu hết trên Trái
đất để sản xuất nhiên liệu sinh học, chủ yếu là ethanol sinh học . Lignocellulose bao
gồm các polymer carbohydrate (cellulose, hemicellulose) và một polymer thơm
(lignin). Các polymer carbohydrate chứa các monomer đường khác nhau ( đường 5
và đường 6 cacbon) và chúng bị bao bọc chặt chẽ bởi lignin. Lignocellulose có
trong phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu ở dạng phế phẩm của các vụ mùa, trong sản
phẩm phụ của công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy, có trong rác thải rắn của thành
phố...[21]. Trong đó, lục bình được xem như là một dạng vật liệu lignocellulose.
Hình 1. 2 Cấu trúc lignocellulose

13
1.3.2 Cellulose
Cellulose là một polysaccharide, có công thức tổng quát là (C6H10O5)n.
Cellulose có cấu tạo mạch thẳng, bao gồm những đơn vị D - glucopyranose
(cellobiose) liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4-glucoside nghĩa là các vòng
glucopyranose quay ngược nhau một góc 180o. Số monomer đạt được từ 2000-
10000, chiều dài mạch phân tử từ 5,2- 7,7mm. Các mạch phân tử này tập hợp kề cận
nhau và nhờ liên kết hydro mà hình thành cấu trúc vi sợi.
Ở trạng thái tự nhiên, mạch cellulose được liên kết với nhau nhờ liên kết
hydro hình thành hai vùng cấu trúc chính là vùng kết tinh và vùng vô định hình. Có
hai dạng liên kết hydro: liên kết hydro liên phân tử giữa các chuỗi và liên kết hydro
nội phân tử giữa các đơn vị glucose của cùng một chuỗi. Trong vùng kết tinh, các
phân tử cellulose liên kết chặt chẽ với nhau, vùng này khó bị tấn công bởi enzyme
cũng như hóa chất. Ngược lại, trong vùng vô định hình, cellulose liên kết không
chặt với nhau nên dễ bị tấn công [21].
1.3.3 Hemicellulose
Hemicellulose là thành phần chính thứ hai của sinh khối lignocellulose, với
hàm lượng lớn sau cellulose. Hemicellulose là một loại polymer phức tạp và phân
nhánh, độ trùng hợp khoảng 70 đến 200 đơn phân. Công thức tổng quát của nó là
(C5H8O4)n. Hemicellulose chứa cả đường hexose (D-glucose, D-mannose, D-
galactose) hoặc đường pentose (D-xylose, Larabinose, D- arabinose), deoxyhexose.
Thành phần cơ bản của hemicellulose là β-D xylopyranose, liên kết với nhau bằng
liên kết β-1,4- glucoside [21].
Hình 1. 3 Cấu trúc phân tử của cellulose

14
1.3.4 Lignin
Lignin là một hợp chất cao phân tử đặc biệt của thực vật, thường tập trung ở
những mô hóa gỗ, là chất kết dính tế bào, làm tăng độ bền cơ học, chống thấm nước
qua vách tế bào mô xylem, ngăn cản sự xâm nhập của vi sinh vật gây bệnh. Khác
với cellulose và hemicellulose, lignin hình thành từ các dẫn xuất của phenyl,
propan, một số chất thơm có mạch nhánh. Nói cách chi tiết hơn, lignin là sản phẩm
ngưng tụ chủ yếu của ba loại rượu thơm : coniferyl (guaiacyl propanol), sinapyl
(syringyl alcohol) và p-coumaryl (p-hydroxyphenyl propanol) theo tỷ lệ khác nhau
tùy loại thực vật [19].
Trong đại phân tử lignin, các đại cấu trúc nối với nhau bằng rất nhiều liên kết
và loại liên kết, trong đó liên kết chủ yếu chiếm 50-60% số liên kết giữa các
monome là kiểu liên kết aryl-glyxerol-aryl ete. Ngoài ra còn có các kiểu liên kết
phenyl-coumaryl, biphenyl [12]. Cấu trúc hóa học của lignin rất dễ bị thay đổi trong
điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp như điều kiện trong quá trình tiền xử lí bằng hơi
nước. Ở nhiệt độ phản ứng cao hơn 200oC, lignin bị kết khối thành những phần
riêng biệt và tách ra khỏi cellulose. [23]
1.4 Các bước biến đổi sinh khối lignocellulose thành ethanol
Để chuyển đổi sinh khối lignocellulose thành ethanol cần trải qua bốn bước sau:
• Tiền xử lý.
• Quá trình thuỷ phân (hay còn gọi là đường hoá)
• Lên men các loại đường monomer thành ethanol.
• Tách và tinh chế sản phẩm.
Trong các bước trên, ba bước đầu thuộc về phương pháp sinh học còn bước thứ tư
chủ yếu thuộc về phương pháp hoá học sẽ không được đề cập trong báo cáo.
1.4.1 Quá trình tiền xử lý
Để chuyển hóa các carbohydrate (cellulose và hemicellulose) trong
lignocellulose thành ethanol, các polymer phải bị bẻ gãy thành những phân tử
đường nhỏ hơn trước khi vi sinh vật có thể hoàn tất quá trình chuyển hóa. Tuy

15
nhiên, bản chất của cellulose lại là rất bền vững trước sự tấn công của enzyme, nên
bước tiền xử lý là bắt buộc để quá trình đường hóa glucose có thể diễn ra tốt. Việc
tiền xử lý này có thể phá vỡ cấu trúc lignin và cấu trúc tinh thể của cellulase. Những
tác động này giúp enzyme có thể xâm nhập vào bên trong cấu trúc của cellulose dễ
dàng, do đó yêu cầu enzyme sử dụng sẽ giảm, dẫn tới chi phí cũng sẽ giảm [4].
Các phương pháp tiền xử lý sinh khối lignocellulose bao gồm :
- Vật lý (xay, nghiền và nhiệt phân).
- Hóa lý (nổ hơi nước, amoniac, CO2).
- Hóa chất (kiềm, axit, ozon,H2O2 và dung môi hữu cơ).
- Sinh học.
- Điện trường.
Mỗi phương pháp tiền xử lý đều có ưu/nhược điểm riêng. Việc lựa chọn
phương pháp tiền xử lý nào phù hợp còn tuỳ thuộc vào thành phần cấu tạo sinh khối
lignocellulose cũng như sản phẩm phụ được sinh ra trong quá trình tiền xử lý.
Ngoài ra còn kể đến thêm yếu tố chi phí cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương
pháp phù hợp.
❖ Tiền xử lý bằng phương pháp hoá học
Các phương pháp thuộc nhóm này sử dụng tác động của hoá chất trong quá
trình. Chúng bao gồm các phương pháp chính như sau:
 Tiền xử lý bằng acid:
Mục đích chủ yếu của các phương pháp tiền xử lý bằng axit là để hòa tan
phần lớn hemicellulose của sinh khối và để làm cho phần cellulose có nhiều khả
năng tiếp xúc với enzym hơn. Loại tiền xử lý này có thể được tiến hành với axit đặc
hay loãng nhưng việc sử dụng axit đặc trong sản xuất ethanol ít được chú ý hơn do
sự tạo thành các chất ức chế. Hơn nữa, vấn đề ăn mòn thiết bị và thu hồi axit là
những nhược điểm quan trọng khi sử dụng các phương pháp tiền xử lý bằng axit
đặc. Chi phí vận hành và bảo dưỡng cao làm giảm sự quan tâm đến việc áp dụng
phương pháp tiền xử lý bằng axit đặc ở quy mô thương mại [13]. Phương pháp tiền
xử lý bằng acid loãng dường như là phương pháp được lựa chọn hơn cho các ứng

16
dụng công nghiệp và đã được nghiên cứu để tiền xử lý nhiều loại sinh khối
lignocellulose. Nó có thể được tiến hành ở nhiệt độ cao (ví dụ 180 °C) trong khoảng
thời gian ngắn, hay ở nhiệt độ thấp hơn (ví dụ 120 °C) trong khoảng thời gian dài
hơn (30 - 90 phút). Nó cho thấy ưu thế về hòa tan hemicellulose, chủ yếu là xylan
và còn chuyển đổi hemicellulose thành các đường có khả năng lên men. Tuy nhiên,
tùy vào nhiệt độ của quy trình mà một số hợp chất thoái biến đường như furfural và
HMF (5-hydroxymethyl furfural ) và các hợp chất vòng thơm thoái biến lignin có
thể được phát hiện và ảnh hưởng đến chuyển hóa của vi sinh vật trong bước lên men
[21]. Tuy nhiên, phương pháp tiền xử lý này phát sinh ít các sản phẩm phụ hơn so
với các phương pháp tiền xử lý bằng acid đặc.
*Ưu điểm: Thủy phân hemicellulose thành xylose, thay đổi cấu trúc lignin.
*Nhược điểm: Chi phí cao, ăn mòn thiết bị, tạo ra các hợp chất ức chế.
 Tiền xử lý bằng bằng kiềm
Tiền xử lý kiềm liên quan đến việc ứng dụng các giải pháp kiềm như NaOH,
KOH, Ca(OH)2 và NH4OH để loại bỏ lignin và một phần của hemicelluloses, làm
tăng hiệu quả khả năng tiếp cận của enzyme cellulase. Phương pháp này có thể thực
hiện ở nhiệt độ phòng trong 1-2 ngày hoặc ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn. So
với axit hoặc các chất phản ứng oxy hóa, xử lý bằng kiềm dường như là phương
pháp hiệu quả nhất trong việc phá vỡ liên kết este giữa lignin, hemicellulose và
cellulose, và tránh sự phân mảnh của hemicellulose polyme [16].
Trong đó, tiền xử lý bằng NaOH hiện nay được áp dụng rộng rãi. NaOH làm
phồng nở cấu trúc cellulose cũng như tăng diện tích tiếp xúc của cellulose, làm
giảm độ trùng hợp và độ kết tinh của cellulose, là những yếu tố gây ra sự phá vỡ cấu
trúc của lignin. NaOH đã được công bố làm gia tăng khả năng phân giải của gỗ
cứng từ 14% lên 55% bằng cách giảm hàm lượng lignin từ 24 – 55% xuống còn
20% [11].

17
Mặt khác, tiền xử lý bằng Ca(OH)2 cũng được nghiên cứu và ứng dụng rộng
rãi vì giá thành rẻ, không đòi hỏi nhiều về thiết bị và độ an toàn cao, có thể thu hồi
dễ dàng từ dịch thuỷ phân bằng phản ứng với CO2 [22].
*Ưu điểm: Hiệu quả cao, cellulose và hemicellulose ít bị hoà tan hơn so với
phương pháp tiền xử lý bằng axít, ít hình thành các sản phẩm phụ kiềm hãm hoạt
động của vi sinh vật.
*Nhược điểm: Tiền xử lý tốt với các loại vật liệu phế thải nông nghiệp tuy nhiên
khả năng tiền xử lý kém với các loại gỗ cứng.
❖ Tiền xử lý bằng sinh học
Tiền xử lý bằng sinh học dùng vi sinh vật, chủ yếu là các loại nấm như nấm
mục trắng, nấm mục nâu và nấm mục mềm. Chúng là những loại nấm có khả năng
phân giải lignin, hemicellulose và một phần rất nhỏ cellulose, là phần có tính trơ
nhiều hơn so với những thành phần khác. Sự phân giải của lignin bởi nấm mục
trắng, phương pháp có hiệu quả nhất khi tiền xử lí lignocellulose bằng phương pháp
sinh học, phát huy tác dụng thông qua sự xúc tác của các enzym phân giải lignin
như enzyme peoidase và laccase [11].
*Ưu điểm: Phương pháp này không sử dụng thêm hóa chất nào nên thân thiện môi
trường, tiêu tốn ít năng lượng, giảm chi phí đầu tư.
*Nhược điểm: Thời gian xử lý kéo dài và hiệu quả thủy phân thấp là hạn chế lớn
của phương pháp này.
❖ Tiền xử lý bằng phương pháp vật lý
Các phương pháp trong nhóm này không sử dụng hoá chất trong quá trình xử
lý. Chúng bao gồm các phương pháp như chia nhỏ vật liệu (xay, nghiền), rọi bằng
những bức xạ năng lượng cao, xử lý thủy nhiệt và nổ hơi.
Mục đích của tiền xử lí cơ học là làm giảm kích thước hạt và mức độ kết tinh
của lignocellulose nhằm gia tăng bề mặt tiếp xúc và giảm mức độ trùng hợp.Việc
phân nhỏ kích thước hạt cần đạt của nguyên liệu (10-30 mm sau khi đập vỡ và 0.2-2
mm sau khi nghiền hoặc xay) [23]. Yêu cầu về năng lượng của phương pháp tiền xử

18
lí này tương đối cao phụ thuộc vào kích thước hạt cuối cùng và các đặc điểm của
sinh khối [24].
Trong bài đồ án này, quá trình tiền xử lý được thực hiện bằng phương pháp
xay nát.
*Ưu điểm: Giảm kích thước vi sợi cellulose, tăng bề mặt tiếp xúc.
*Nhược điểm: Tiêu tốn nhiều năng lượng.
1.4.2 Quá trình thuỷ phân
Thủy phân là một quá trình hóa học trong đó một phân tử bị phân cắt khi có
mặt của phân tử nước. Một phần của phân tử sau khi cắt sẽ tương tác với cation H+
từ phân tử nước, phần khác sẽ liên kết với anion OH- còn lại.[30]
Sau quá trình tiền xử lý, cellulose và hemicellulose sẽ bị thuỷ phân thành các
đường 5C và 6C (hexoses và pentoses). Do cellulose là thành phần chính trong sinh
khối lignocellulose nên ta quan tâm đến thành phần này.
Phương trình phản ứng:
(C5H10O5)n + nH2O nC6H12O6
Quá trình thuỷ phân cellulose có thể được thực hiện bởi enzyme thuỷ phân
hay axit thuỷ phân.
a) Thuỷ phân bằng acid
Cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, quá trình thuỷ phân được thực hiện bởi
phản ứng giữa cellulose với acid. Acid loãng được sử dụng dưới điều kiện nhiệt độ
cao và áp suất cao, còn acid đậm đặc được sử dụng ở nhiệt độ thấp và áp suất khí
quyển. Quá trình thủy phân bằng acid loãng xảy ra ở điều kiện nhiệt độ và áp suất
cao dẫn đến sự tạo thành các chất độc hại có thể ảnh hưởng không tốt đến quá trình
lên men như các acid hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp, dẫn xuất furan và các hợp
chất vô cơ. [31]
b) Thuỷ phân bằng enzyme cellulase
Enzyme cellulase là loại enzyme được sản xuất từ nấm mốc, vi khuẩn hoặc
sinh vật đơn bào có vai trò xúc tác cho phản ứng thủy phân cellulose. [20]

19
Sinh khối lignocellulose - một nguồn nguyên liệu thô, ít giá trị, thành
bioethanol thông qua quá trình lên men đặt ra yêu cầu một số bước đặc biệt là việc
sản xuất enzyme cellulase cần phải được tối ưu. Sản xuất cellulase quan trọng vì để
việc thủy phân cellulose có hiệu quả cần một lượng lớn enzyme cellulase (1kg
cellulase cho 50 kg cellulose). Hơn nữa, giá thành của enzyme Cellulase khá cao
0.3 - 0.81 dollar/gam. Hiện nay, yêu cầu cụ thể đặt ra với enzyme là cellulase có giá
thành rẻ, hoạt tính đặc hiệu cao, độ ổn định cao, chịu được pH và nhiệt độ [7].
1.4.3 Quá trình lên men
a) Bản chất của quá trình lên men
Bản chất của quá trình lên men là quá trình oxy hóa khử. Quá trình oxy hóa
này lại xảy ra trong cơ thể sinh vật dưới tác động của hệ thống enzyme, cho nên
người ta gọi quá trình lên men là quá trình oxy hóa sinh học.
Trong quá trình lên men, các sản phẩm bao gồm như đường 6C (glucose,
mannose, galactose) và đường 5C (xylose và arabinose) sẽ được lên men thành
ethanol. Trong số các sản phẩm của quá trình thuỷ phân, glucose là phong phú nhất,
theo sau là đường xylose hoặc mannose và một ít các đường khác [25]. Phương
trình tóm tắt lên men rượu được tóm tắt như sau:
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q
Trong đó, vi sinh vật tiêu biểu cho lên men glucose thành ethanol là
Saccharomyces cerevisiae. S.cerevisiae có ưu điểm như phổ biến, tỷ lệ lên men cao
và lượng ethanol tạo thành cao.
b) Các phương pháp lên men Bioethanol
❖ Phương pháp truyền thống - đường hoá và lên men riêng lẽ (SHF)
Phương pháp này sản xuất bioethanol từ tinh bột và đường, sử dụng enzyme
α- amylase và gia nhiệt trong dung môi nước để hồ hóa tinh bột. Sau đó dùng
glucoamylase để đường hóa. Tiếp theo sử dụng men để lên men đường thành
bioethanol, rồi tiến hành chưng cất để sản xuất bioethanol nồng độ cao. [15]

20
Phương pháp này đã được ứng dụng ở quy mô công nghiệp. Tuy nhiên, khi
sử dụng lignocellulose làm nguyên liệu sản xuất bioethanol thì có vài nhược điểm
liên quan đến sự phức tạp của thành phần của thành tế bào lignocellulose, đòi hỏi
cần có biện pháp tiền xử lý thích hợp. [15]
Thuận lợi chính của SHF là cả hai quá trình đường hóa và lên men được thực
hiện trong điều kiện tối ưu của mỗi quá trình. Nhược điểm chính của quá trình này
là tốc độ đường hóa bị ảnh hưởng mạnh bởi sự ức chế sản phẩm cuối đối với
enzyme.
❖ Phương pháp thuỷ phân và lên men đồng thời (SSF)
Quá trình thuỷ phân và lên men đồng thời (Simultaneous saccharification
and fermentation) hay viết tắt là SSF là quá trình tiến hành đồng thời thuỷ phân và
lên men trong cùng một thiết bị phản ứng sinh học. So với quá trình thuỷ phân và
lên men riêng biệt, quá trình thuỷ phân và lên men đồng thời có những ưu điểm sau:
• Glucose tạo thành trong quá trình thủy phân được tiêu thụ ngay lập tức bởi
nấm men vì vậy lượng cellobiose và glucose tích tụ trong hệ thống là rất ít.
Điều này sẽ giải quyết vấn đề ức chế enzyme nhờ đó tốc độ tạo glucose sẽ
được tăng đáng kể, lượng enzyme cần dùng cũng nhỏ đi [4].
• Số thiết bị cần cho quá trình thủy phân và lên men đồng thời cũng ít hơn số
cần cho phương pháp truyền thống vì cả quá trình thủy phân và lên men
được tiến hành trong cùng một thiết bị. Điều này giúp giảm vốn đầu tư [4].
• Việc ethanol tạo thành trong suốt quá trình sẽ làm giảm khả năng phát triển
của vi sinh vật cũng như tạp chất, rất có lợi cho các quy trình liên tục [4].
Chính vì những ưu điểm trên mà quá trình thủy phân và lên men đồng thời
được nghiên cứu rộng rãi trên thế giới với các nguồn nguyên liệu khác nhau.
Nhiệt độ tối ưu cho quá trình là 37-380C, nhiệt độ này là sự kết hợp của nhiệt
độ tốt nhất cho quá trình thủy phân (45-500C) và nhiệt độ tốt nhất cho hoạt động của
nấm men (300C) [4].

21
 Phương pháp đồng đường hóa và đồng lên men (SSCF)
Quá trình đường hóa và lên men đồng thời hexoses và pentoses bởi nhiều
giống vi sinh vật khác nhau. Phương pháp này có nhiều đặc điểm giống SSF [7].
Ngoài ra, chúng ta còn có các phương pháp như phương pháp chuyển hoá
trực tiếp, khí hoá và lên men, lên men, ester hóa và hydro hóa. Trong bài đồ án này,
thí nghiệm dùng phương pháp thuỷ phân và lên men đồng thời nguyên liệu lục bình
để sản xuất ra bioethanol.
1.5 Vi sinh vật sử dụng cho quá trình lên men rượu
Trong lên men rượu, vi sinh vật thường được sử dụng là nấm men
Saccharomyces cerevisiae.
Đặc điểm về cấu tạo của nấm men Saccharomyces cerevisiae
- Giới : Fungi
- Ngành : Ascomycota
- Phân ngành : Saccharomycotina
- Lớp : Saccharomycetes
- Bộ : Saccharomycetables
- Họ : Saccharomycetaceae
- Chi : Saccharomyces
- Loài : Saccharomyces cerevisiae
Hình 1. 4 Nấm men Saccharomyces cerevisiae quan sát dưới kính hiển vi.

22
Saccharomyces có khoảng 40 loài và các loài trong giống này được biết
nhiều do chúng được ứng dụng trong làm nổi bánh, bia, rượu....Chúng hiện diện
nhiều trong sản phẩm có đường, đất, trái cây chín, phấn hoa.... Nấm men cấu tạo
gồm vỏ tế bào thành phần là carbohydrat, lipid, protein dầy khoảng 0,5 µm, màng tế
bào chất, tế bào chất và nhân. S. cerevisiae thường có cấu tạo hình elip, đường kính
lớn từ 5-10nm và đường kính nhỏ từ 1-7nm, tế bào gia tăng kích thước theo độ tuổi.
Thể tích tế bào đơn bội là 29 mm3 và tế bào lưỡng bội là 55 mm3. Các tế bào của
nấm men mang cấu trúc và chức năng của eukaryote bậc cao, được sử dụng như là
một mô hình hữu ích đại diện cho các tế bào eukarylote [26].
Bảng 1. 1 Thành phần các chất có trong cấu trúc của nấm men được lạnh đông khô
[27]
Thành phần trong cấu trúc Phần trăm khối lương khô
Độ ẩm
Protein
Carbohydrate
Acid nucleic
Lipid
Chất khoáng
2-5%
42-46%
30-37%
6-8%
4-5%
7-8%
Quá trình sinh sản của nấm men thường thông qua sinh sản vô tính, phân
chia tế bào bất đối xứng (nảy chồi) tế bào con được hình thành giống hệt tế bào mẹ.
dưới điều kiện thích hợp tế bào con sẽ phát triển khỏe mạnh như tế bào mẹ. Quá
trình này kéo dài đến khi các tế bào bị lão hóa và chất dinh dưỡng bị cạn kiệt, sau
đó tế bào chết. Chu trình sinh trưởng của nấm men được nghiên cứu đóng một vai
trò quan trọng trong công nghiệp cũng như là đại diện cho tế bào eukaryote.

23
Ứng dụng : Saccharomyces cerevisiae được sử dụng rộng rãi trong ngành thực
phẩm như làm bánh mì, sản xuất cồn. Saccharomyces có nghĩa là nấm đường và là
loại vi sinh vật duy nhất đuợc sản xuất với quy mô rất lớn trên thế giới.
1.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
a) Nhiệt độ
Mỗi vi sinh vật có khoảng nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của chúng. Đối
với nấm men Saccharomyces cerevisiae nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng 28-32oC.
Ở nhiệt độ cao hơn, hoạt tính nấm men giảm. Mặt khác khi lên men ở nhiệt độ cao
sẽ tạo ra nhiều sản phẩm phụ như ester, aldehyde gây ảnh hưởng đến chất lượng cồn
thu được và tổn thất bioethanol theo CO2 sẽ tăng. [6]
b) pH
Nồng độ ion H+ trong canh trường ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nấm
men, chúng có khả năng làm thay đổi diện tích vỏ tế bào, làm tăng hay giảm mức
độ thẩm thấu của các chất dinh dưỡng cũng như chiều hướng của quá trình lên men.
Mỗi vi sinh vật chỉ có thể hoạt động tốt trong trạng thái ion nhất định, trạng thái này
chỉ phụ thuộc vào pH của canh trường. Trong điều kiện lên men bioethanol pH tối
ưu cho hoạt động lên men là 4.5-5. Nếu pH thấp nấm men còn hoạt động được và vi
Hình 1. 5 Chu kỳ sinh sản của tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae

24
khuẩn bị ức chế. pH cao hơn sẽ tạo ra sản phẩm có độ chua thấp, dễ bị nhiễm khuẩn
và tạo ra nhiều sản phẩm phụ hơn dẫn đến hiệu suất lên men thấp. [6]
c) Nồng độ dịch lên men
Nồng độ dịch đường quá cao sẽ dẫn đến làm tăng áp suất và làm mất cân
bằng trạng thái sinh lí của nấm men. Kết quả là đường nhiều sẽ ức chế không những
các tạp khuẩn mà cả nấm men. Mặt khác đường nhiều sẽ dẫn đến tổn thất và làm
tăng thời gian lên men. Nhưng ngược lại nếu nồng độ đường thấp sẽ không kinh tế
vì sẽ làm giảm năng suất thiết bị lên men [6]
d) Nồng độ CO2 trong môi trường
CO2 được hình thành trong quá trình lên men rượu từ đường. Một phần sẽ
tồn tại trong môi trường, một phần tách lên trên bề mặt môi trường, phần còn lại
tích tụ lại thành một lớp ngăn cách giữa không khí và môi trường. CO2 tích tụ lại
trong môi trường chỉ làm giảm khả năng sinh sản của nấm men, nhưng không thể
làm cho khả năng lên men của nấm men yếu đi.
Trong môi trường có hàm lượng đường cao sẽ cản trở CO2 thoát ra ngoài,
dẫn đến ức chế sinh sản của nấm men và sự lên men có hiệu suất thấp. CO2 nằm
trong khoảng không giữa bề mặt môi trường và không khí, có tác dụng kiềm chế sự
phát triển của những vi sinh vật hiếu khí gây hại. Do vậy, các thùng lên men phải có
nút đặc biệt chỉ cho phép CO2 bay ra mà không cho không khí vào [6].
e) Thành phần các chất dinh dưỡng của môi trường lên men
Môi trường nuôi cấy cần phải có đầy đủ các thành phần dinh dưỡng chủ yếu
là glucid ở dạng monosaccharide và disaccharide, nitơ ở dạng acid amin, các muối
vô cơ, trừ dạng muối nitrit, nitrat, các vitamin và muối khoáng [3].
f) Vi sinh vật tạp nhiễm
Dịch đường lên men không chỉ là môi trường dinh dưỡng tốt cho nấm men
mà còn cho các vi sinh vật khác. Trong nước, trong không khí cũng như trong các
nguyên liệu tham gia vào thành phần môi trường luôn chứa một lượng vi sinh vật có
hại cho lên men rượu [6].

25
Sự xuất hiện của các vi sinh vật sinh acid như các vi khuẩn lactic, các vi
khuẩn acetic và đặc biệt là các vi khuẩn butyric thường có ảnh hưởng đến sự phát
triển của nấm men một cách rõ rệt.
• Vi khuẩn lactic: thường là loại vi khuẩn lactic dị hình, chúng sử dụng đường
và tạo ra acid lactic. Ngoài ra còn tạo ra một lượng đáng kể các chất khác
như ethanol, acid acetic, cacbonic, diacetyl và acetone. Các sản phẩm được
tạo ra phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ, pH, độ yếm khí… cùng làm cho sản
phẩm tạo thành không ổn định. [6]
• Vi khuẩn acetic: trong môi trường có nồng độ ethanol thấp chúng phát triển
rất tốt và oxy hóa ethanol thành acid acetic. Trong môi trường không có
ethanol chúng sẽ oxy hóa đường thành acidgluconic. [6]
• Vi khuẩn butyric và các vi sinh vật khác: các vi khuẩn này chỉ phát triển
trong dịch chưa lên men. Nhưng trong điều kiện lên men các vi khuẩn này
không thể phát triển vì pH tối thích của chúng đều nằm trong môi trường
kiềm yếu hay trung tính. [6]
Như vậy nhiễm khuẩn trong điều kiện lên men rượu chủ yếu là vi khuẩn lactic.

26
1.6 Lục bình
1.6.1 Phân loại khoa học
Giới (regnum): Plantae
Ngành (divisio): Magnoliophyta
Lớp (Class): Liliopsida
Bộ (ordo): Liliales
Họ (familia): Pontederiaceae
Chi (genus): Eichhornia
Loài (species): E. crassipes
1.6.2 Nguồn gốc
Hình 1. 6 Lục Bình

27
Lục Bình có tên khoa học là Eichhornia crassipes , chúng có nguồn gốc ở
vùng nhiệt đới của Nam Mỹ nó đã du nhập vào nhiều vùng ôn đới trên thế giới như
Trung Mỹ, Bắc Mỹ (califonia, các bang miền Bắc nước Mỹ), Châu Phi, Ấn Độ,
Châu Á, Úc, New Zealand.
Ở Việt Nam, Lục Bình xâm nhập vào nước ta từ năm 1905 và nhanh chóng
lan ra khắp các chỗ có từ tù hãm hoặc nơi nước ngọt chảy chậm như ao, hồ, giếng,
mương, ven sông…[1]
1.6.3 Nơi sống
Lục Bình phát triển nhanh chóng ở những chổ ngập nước như: hồ, suối,
sông, mương và các vùng nước tù đọng. Lục bình hấp thu dưỡng chất trực tiếp từ
nước và thường được sử dụng làm công cụ xử lý nước thải. Chúng thích hợp và
phát triển mạnh mẽ trong nguồn nước giàu dưỡng chất.
Lục bình có thể chịu được các thái cực khác nhau về biến động của nguồn
dinh dưỡng, độ pH, nhiệt độ và thậm chí có thể phát triển trong nước độc hại, chúng
phát triển tốt nhất trong điều kiện nước đọng hoặc di chuyển chậm [44].
1.6.4 Thành phần hoá học
Bảng 1. 2 Thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng của lục bình [1].
Thành phần hoá học (%)
Nước 92.6
Protid 2.9
Glucid 0.9
Xơ 22
Tro 1.4
Calcium 40.8 mg/%
Phosphor 0.8 mg/%
Caroten 0.66 mg/%
Vitamin C 20 mg/%

28
1.6.5 Đặc điểm sinh trưởng
Lá đơn, lá mọc thành hoa nhị, cuống xốp phồng lên thành phao nổi khi còn
non, trưởng thành cuống thon dài. Hoa lưỡng tính không đều, màu xanh tím nhạt,
cánh hoa có một đốm vàng. Cây thân cỏ sống lâu năm, nổi trên mặt nước hay bám
dưới bùn, rễ dài và rậm. Kích thước cây thay đổi tùy theo môi trường có nhiều hay
ít chất màu, sinh sản bằng con đường vô tính. Từ các nách lá, đâm ra những thân bò
dài và mỗi đỉnh thân bò cho một cây mới, sớm tách khỏi cây mẹ để trở thành một cá
thể độc lập [45].
1.6.6 Hình thức sinh sản
Lục bình sinh sản bằng con đường vô tính, từ các nách lá đâm ra những thân
bò, cho ra những cây mới và sớm tách ra cây mẹ để trở thành cá thể độc lập [5].
1.6.7 Thực trạng sử dụng lục bình ở Việt Nam
Từ lâu, lục bình được xem như là nguồn thực phẩm cho người nông dân sử
dụng để nuôi các loại gia cầm như heo, gà, trâu, bò hay được sử dụng như một vị
thuốc trong dân gian với tác dụng giải độc tiêu sưng, thanh nhiệt.Ngoài ra, lục bình
được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực:
o Làm sạch nguồn nước và phân huỷ các chất độc gây hại:
Lục bình làm sạch nguồn nước, làm giảm bớt ô nhiễm môi trường. Chỉ cần
1/3 ha bèo, mỗi ngày đủ để lọc 2225 tấn nước bị ô nhiễm các chất thải sinh học và
các hoá chất [8]. Bèo tây còn loại được các kim loại nặng độc như thuỷ ngân, chì,
kền, bạc, vàng... [5].
o Sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ:
Những thân cây lục bình được phơi khô, sợi dai, mềm mại tạo ra những sản
phẩm vừa có độ bền lại vừa êm ái. Sau khi được gia công, lục bình đã tạo ra hàng
loạt những mặt hàng phong phú. Từ những chiếc giỏ xách, thùng đựng đồ,… đến
những sản phẩm nội thất tinh xảo như thảm treo tường, giá gương, bàn ghế, được
xuất khẩu sang các nước Châu Âu [5].

29
o Tiềm năng ứng dụng sản xuất bioethanol từ lục bình:
Trong vài năm trở lại đây, trong những cuộc nghiên cứu của các nhà khoa
học trên thế giới đã cho biết lục bình là một nguồn nguyên liệu có khả năng sản xuất
ra bioethanol [5].
Bảng 1. 3 Thành phần sơ xợi lục bình từ nhiều nguồn khác nhau [18]
Thành phần cellulose và hemicellulose của lục bình được báo cáo bởi các
nhà nghiên cứu khác dao động trong khoảng 17,8-34,19% và 17,66-49,2%, còn hàm
lượng ligin dao động trong khoảng từ 1,9-26,36%. Điều này cho thấy rằng các thành
phần của lục bình thay đổi theo vị trí của môi trường sống [18]. Tuy nhiên, với
thành phần chính là cellulose cao, lục bình có thể là một nguồn đường tuyệt vời có
thể lên men sản xuất ra cồn [17].
Một số sinh viên công nghệ sinh học ở Surat, Gujarat tại Ấn độ đang nghiên
cứu lục bình làm nguyên liệu để sản xuất ethanol [39]. Mặt khác tại Ấn độ, họ làm
một tấn lục bình phơi khô (không phải chất khô) cho khoảng 50 lít ethanol và 200
kg chất phế thải dùng làm phân bón [39].
Ngoài ra, những nghiên cứu mới đây của TS. Trịnh Thị Long và cộng sự
(2013), lục bình ngoài có tiềm năng sản xuất ra ethanol, chúng còn có tiềm năng
sinh khí mêtan. Kết quả nghiên cứu cho thấy cứ một tấn bèo lục bình tươi sẽ cho
khoảng 61 kg VS, khi phân hủy kỵ khí sẽ cho khoảng 12m3 khí CH4 tương ứng với
12 kg dầu, bằng 8,6 kg khí gas hay năng lượng tương đương bằng 120KW hoặc có
thể sản xuất được 42 KW điện thương mại [9]. Tóm lại, do thành phần chủ yếu của
Cellulose Hemicellulose lignin
1 18 33,39 26,36
2 17,8 43,4 7,8
3 35 18,3 1,9
4 18,4 49,2 3,55
5 34,19 17,66 12,22
6 32 34 10

30
lục bình là cellulose nên các nhà khoa học đánh giá đây là một nguồn sinh khối đầy
triển vọng cho việc sản xuất ra bioethanol trong tương lai.

31
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu
2.1.1 Thời gian nghiên cứu
Đề tài được tiến hành từ tháng 3/2015 – 6/2015.
2.1.2 Địa điểm
Phòng thí nghiệm Năng lượng Sinh học - trường ĐH Bách Khoa TPHCM.
2.2 Nguyên liệu và hoá chất
2.2.1 Nguyên liệu
Các nghiên cứu được thực hiện trên nguyên liệu là lục bình được thu gom từ
các kênh rạch, sông hồ, rửa sạch bỏ rễ, cắt nhỏ và được đem đi xay nát để tiến hành
lên men tạo bioethanol.
Hình 2. 1 Lục bình Hình 2. 2 Cắt, bỏ rễ, rửa lục bình

32
a) Enzyme cellulase:
Enzyme được sử dụng là Acermomium Cellulase được cung cấp bởi Meiji Seika
Co. (Nhật Bản).
− Nhiệt độ hoạt động tối ưu : 500C .
− pH hoạt động tối ưu : 4,8 .
b) Nấm men Saccharomyces cerevisiae :
- Chủng nấm men Ethanol RedTM (Dry yeast, S. serevisiae, Ementics, Pháp).
- Nồng độ men để lên men 12 - 15 triệu tế bào/ml.
- Nấm men cần được kích hoạt trước khi sử dụng.
c) Corn steep liquor (CSL)
Đây là chế phẩm được sản xuất từ ngô, có màu vàng tươi, mùi thơm đặc
trưng và có tính acid. Là một loại thực phẩm giàu năng lượng, cung cấp protein và
khoáng chất cho sinh vật. Thành phần gồm chất béo, chất xơ, silica và acid lactic từ
20 - 25 %.
Sản phẩm được nhập khẩu từ Nhật Bản và cần được bảo quản nơi khô ráo,
tránh hút ẩm.
Hình 2. 3 Enzyme Cellulase

33
2.2.2 Hoá chất
Bảng 2. 1 Hóa chất sử dụng trong quá trình thực hiện thí nghiệm.
Thí nghiệm Hoá Chất Mục Đích
Phân tích sơ sợi
Acid H2SO4 98%, d=1,825 g/ml. Thủy phân các
hydrolysis thành các
dạng dơn giản hơn.
CaCO3. Trung hoà.
Nước qua cột trao đổi ion.
D - cellulose, D (+) glucose, D (+)
xyclose.
Dựng đường chuẩn.
HPLC
Acid H2SO4 98%,d=1,825 g/ml. Dung môi pha động.
Nước qua cột trao đổi ion. Dung môi pha động.
Hình 2. 4 Bột ngô (CSL)

34
2.3 Thiết bị và dụng cụ
2.3.1 Dụng cụ
- Becher: 500mL, 250mL, 100mL
- Erlen: 250mL, 100mL.
- Bình lên men 1000mL
- Pipet vạch: 25mL, 10mL, 5mL, 1mL
- Ống đong: 250mL, 25mL, 1000mL
- Ống tiêm và màng lọc sinh học 0,2 µm.
- Phiễu nhựa
- Cuvet
- Đũa thuỷ tinh.
- Giá đỡ ống nghiệm
- Eppendorf
2.3.2 Thiết bị
- Tủ sấy
- Tủ ấm
- Máy hấp
- Cân kỹ thuật 4 số
- Máy quang phổ UV- VIS
- Máy quang phổ kế
- Máy ly tâm
- Máy HPLC
- Cân đo độ ẩm
- Máy đánh siêu âm
- Buồng cấy vi sinh
- Máy xay

35
❖ Thiết bị phân tích HPLC:
Đặt tại trung tâm nghiên cứu năng lượng sinh học. Thiết bị gồm các bộ phận :
 Đầu dò RID – 10A.
 Bơm cao áp LC – 20AD.
 Bộ phận tách khí DGU – 20 A3.
 Bộ phận lò cột CTO – 20A.
Cột sử dụng phân tích là SUGAR SH101, H312039. Thành phần chính của
cột là copolymer của styrene divinylbenzene. Kích thước cột: 8mmID × 300mml
Pha động có thể sử dụng là nước, acetonitril, ethanol ở dạng đơn chất hoặc là hỗn
hợp. Pha động thường hay được sử dụng là H2SO4 0,005N
Bộ xử lý và máy in C – R8A
Nguyên lý: Dựa trên khả năng phân bố khác nhau của các cấu tử trên cột, khi dung
môi rửa giải đi qua, các cấu tử lần lượt sẽ được rửa giải ra khỏi cột theo thứ tự tuỳ
thuộc vào bản chất của các cấu tử. Những cấu tử như nhau (cùng thuộc một chất) sẽ
có thời gian lưu như nhau, nhờ vào đó máy HPLC có thể tách hỗn hợp nhiều chất ra
khỏi nhau. Do diện tích bề mặt tiếp xúc của pha tĩnh lớn, HPLC có độ phân tách khá
cao. Cột sử dụng là SH101, cột này có thể đo đường, acid hữu cơ, fufural và các dẫn
xuất, các aldehyde và rượu.

36
Glucose, ethanol và xylose được xác định nồng độ bằng sắc ký lỏng hiệu
năng cao (HPLC) sử dụng pha động là dung dịch H2SO4 0,005N.
Đo dung dịch chuẩn: Chuẩn bị các dung dịch chuẩn glucose, ethanol và xylose
để khảo sát quan hệ chất – thời gian lưu, nồng độ - diện tích peak.
Thời gian lưu của các chất: các chất chuẩn được pha chính xác theo nồng độ
định trước, đo bằng máy sắc khí hiệu năng cao HPLC để xác định thời gian lưu.
Xác định các chất có trong dung dịch mẫu : Căn cứ vào thời gian lưu của từng
chất và so sánh với chất chuẩn, có thể kết luận về thành phần, nồng độ các chất có
trong dung dịch mẫu.
Hình 2. 5 Thiết bị phân tích HPLC

37
2.4 Phương pháp nghiên cứu
2.4.1 Phương pháp phân tích thành phần xơ sợi
Nguyên tắc :
Đây là một phương pháp đơn giản để xác định hàm lượng các chất trong lục
bình. Phương pháp này sử dụng acid để thủy phân các hydrolysis thành các dạng
đơn giản để phân tích, gồm 2 bước :
- Bước 1 : sử dụng acid H2SO4 72% hấp nguyên liệu ở 300C trong 60 phút.
- Bước 2 : sử dụng acid H2SO4 4% hấp nguyên liệu ở 1210C trong 60 phút.
Nguyên liệu được chia ra 2 phần :
- Phần 1 : hòa tan bởi acid. Được đo bới máy HPLC
- Phần 2 : không hòa tan bởi acid (tro, chất trích ly, protêin …) có thể xác định
được.
Hóa chất và dụng cụ sử dụng :
 Hóa chất :
- Acid (sử dụng 100 ml H2SO4 98% d=1,825g/ml) hòa tan trong 65,9 ml nước
qua cột lọc trao đổi ion, tạo thành dung dịch acid H2SO4 72%
- CaCO3
- Nước đã qua cột trao đổi ion .
- Các chất làm đường chuẩn có độ tinh khiết cao D (+) glucose, D (+) xyclose
 Dụng cụ :
- Bình có nắp 100ml (3 bình )
- Cốc thủy tinh hình nón 100ml (3 bình)
- Pipet các loại
- Ống tiêm và màng lọc 0,2 m.
Cách tiến hành :
 Chuẩn bị mẫu để tiến hành thủy phân :
- Cân 300  10 mg cho vào bình có nắp 100ml (3 bình)

38
- Cho 3  0,01 ml acid H2SO4 72% vào bình và khuấy trộn hoàn toàn.
- Đặt bình vào thiết bị điều nhiệt nước ở 300C trong 60  5 phút, luôn được
khuấy bởi cá từ.
- Lấy 1 bình ra và pha loãng nồng độ acid đến 4% bằng cách cho thêm 84 
0,04 ml nước qua thiết bị trao đổi ion, trộn đều để loại bỏ các lớp nồng độ
acid trong bình.
- Thiết lập đường chuẩn của glucose và xyclose 5000, 3000, 1000 mg/l
- Đặt các bình vào nồi hấp 1210C, sau đó chuẩn bị lấy mẫu.
 Phân tích mẫu chứa lignin không hòa tan acid :
- Cho mẫu vào lò nung ở 6000C trong 4 giờ.
- Lấy ra để nguội trong 2 giờ.
- Cho vào bình hút ẩm.
- Lấy 50 ml mẫu dùng để đo lignin hòa tan bởi acid.
- Pha loãng mẫu từ 5 – 10 lần với H2SO4 4%.
- Đo mẫu trên máy UV-Vis với bước sóng 240nm.
 Phân tích mẫu chứa cacbohydrate
- Cho 0,84 g CaCO3 vào 20ml mẫu, lọc qua giấy lọc.
- Lọc lại qua màng lọc sinh học 0,2 m.
- Đem phân tích bằng HPCL.
 Tro được xác định bằng cách xác định khối lượng còn lại sau lọc.

39
Tính toán :
AIR = msau lọc – mđầu
AIR% = AIR/(mđầu – mẩm) (giả sử mẩm chiếm 3% khối lượng đầu)
Ash = msau nung – mđầu
Ash% = Ash/(mđầu – mẩm)
AIL = msau lọc – msau nung
AIL% = AIL/(mđầu – mẩm)
ASL% = UVabs × volumefiltrate × Dilution × 100 / (×/(mđầu – mẩm))
Với:
UVasb = trung bình mẫu đo tại 240nm
volumefiltrate = volume of filtrate (thể tích lọc)
Dilution = Dilution factor (độ pha loãng 5 -10 lần)
 = 25 (240 nm)
Xylose : được phân tích bởi máy HPLC
Xyclose % = Cxyclose xVxyclose /(mđầu – mẩm)
Hình 2. 6 Thiết bị quang phổ UV - VIS Hình 2. 7 Thiết bị lọc chân không

40
Glucose : được phân tích bởi máy HPLC
Glucose % = Cglucose xVglucose /(mđầu – mẩm)
Kết luận :
- Phần trăm glucose chính là phần trăm của cellulose .
- Phần trăm xyclose chính là phần trăm của hemicelluloses .
- Phần trăm ASL và AIL là phần trăm của lignin, (chất trích ly protein chiếm
thành phần không đáng kể).
- Phần trăm Ash là phần trăm của tro.
2.4.2 Phương pháp đo nồng độ glucose, xylose và ethanol bằng sắc ký lỏng
hiệu cao năng (HPLC)
Nguyên lý :
Glucose và ethanol được đo nồng độ bằng máy sắc ký lỏng hiệu năng cao
(HPLC) sử dụng pha động là acid sulfuric 0,005N. Mẫu và chuẩn được chạy ở chế
độ :
+ Nhiệt độ cột : 500C.
+ Tốc độ pha động: 1ml/phút.
Dựa trên khả năng phân bố khác nhau của các cấu tử khác nhau trên cột, khi
dung môi rửa giải đi qua, các cấu tử sẽ lần lượt được rửa giải ra khỏi cột theo thứ tự
tùy thuộc vào bản chất của các cấu tử. Những cấu tử như nhau (thuộc cùng một
chất) sẽ có thời gian lưu như nhau, nhờ vào đó máy HPLC có thể tách hỗn hợp
nhiều chất ra khỏi nhau. Do diện tích bề mặt tiếp xúc của pha tĩnh lớn, HPLC có độ
phân tách khá cao.
Chuẩn bị :
 Chuẩn bị pha động (mobile phase)
- Hóa chất gồm acid H2SO4 98 % tinh khiết 267μl
- Nước cất 1000 ml.
- Lọc nước cất bằng màng lọc cellulose acetate, kích thước lỗ là 20μm.

41
- Cho 1000ml nước cất đã được lọc vào bình chứa, cho 267 μl H2SO4 98 % vào
và khuấy kĩ.
- Lọc dung dịch qua màng lọc sinh học, kích thước lỗ 0,2 μm.
- Cho vào tủ điều nhiệt để nâng nhiệt độ của dung dịch lên 350C (15 phút).
- Cho vào máy siêu âm (để loại bỏ khí trong pha động), hút chân không bình
chứa pha động. Thực hiện quá trình này trong 45 – 60 phút đến khi không
còn thấy bọt khí trong bình.
 Chuẩn bị mẫu
- Mẫu chuẩn (glucose, ethanol, xyclose), pha theo nồng độ phần trăm xác định.
- Mẫu đo (lọc qua màng lọc 0,2 μm)
 Khởi động máy :
- Kiểm tra lại thể tích pha động trong bình.
- Đặt bình chứa pha động vào vị trí, nhúng đầu hút vào bình.
Hình 2. 8 Thiết bị đánh siêu âm

42
- Bật các công tắc nguồn của đầu dò RID, lò, bơm, máy in.
- Đổi hết dung môi cũ còn trong ống, thay bằng dung môi mới. Bằng cách mở
van tháo (drain valve) của bơm và nhấn nút purge. Lặp lại bước này 2 – 3
lần.
- Đóng van tháo lại.
- Đặt tốc độ pha động ở 0,2 ml/phút và bấm nút pump để bắt đầu bơm.
- Đặt nhiệt độ cột ở 500C, nhấn nút oven để lò bắt đầu nâng nhiệt độ cột.
- Nâng dần tốc độ pha động từ 0,2 → 0,5 → 1,0 ml/phút.
- Sau khi đạt đến các thông số mong muốn (nhiệt độ cột là 500C, tốc độ pha
động là 1ml/phút) thay đổi đường biểu diễn của đầu dò RI từ “mẫu” (sample)
sang dạng đường nền (reference).
- Giữ đường biểu diễn ở dạng đường nền trong hơn 30 phút.
- Đổi đường đường biểu diễn từ đường nền về lại dạng đường biểu diễn mẫu.
- Nếu giá trị balance trên máy không nằm trong khoảng ± 50, nhấn nút balance
để cân bằng lại cho đầu dò RI.
- Nhấn zero để đưa đường nền về 0 và có thể đo mẫu.
2.4.3 Phương pháp đo độ ẩm nguyên liệu
- Lấy mẫu lục bình
- Cho mẫu lục bình vào đĩa.
- Cho máy chạy, sau 20 phút cho đến khi số hiển thị không thay đổi, đọc độ
ẩm mẫu đạt được (%).

43
Nguyên lý :
Sử dụng bức xạ nhiệt, sấy khô mẫu đến khối lượng không đổi.
% ẩm =
m1−m2
m1
× 100
Với m1 : khối lượng mẫu ban đầu, m2 : khối lượng mẫu sau sấy.
2.4.4 Phương pháp nuôi cấy men và xác định chỉ số OD
❖ Kích hoạt nấm men Saccharomyces cerevisiae (pre-cultivation)
Nguyên liệu:
- Đường
- CSL
- Nước lọc trao đổi ion
- Chủng nấm men Ethanol RedTM (Dry yeast, S. serevisiae, Ementics, France.)
Dụng cụ và thiết bị
- Erlen 1000 ml
- Giấy bạc
Hình 2. 9 Máy đo độ ẩm

44
- Cân điện tử
- Máy hấp
- Tủ cấy vi sinh
- Tủ lắc
- Máy phân tích quang phổ.
❖ Tiến hành kích hoạt nấm men
- Rửa sạch và lau khô erlen 1000ml.
- Cân 8,5 g đường và 2,5 g CSL cho vào erlen, sau đó cho thêm 450 ml nước
lọc, dùng giấy bạc bọc kín erlen lại.
- Cho erlen vào máy hấp tiệt trùng ở 121oC trong 20 phút. Qúa trình này để loi
bỏ vi sinh vật lạ và nấm men cạnh tranh với nấm men Yeast.
- Sau khi hấp xong, để nguội đến 40oC, lấy erlen ra khỏi tủ hấp. Cân 0,1 g nấm
men Yeast cho vào erlen, sau đó cho erlen vào tủ lắc, lắc ở 35oC trong 120
vòng/phút trong 16 - 24h. Qúa trình này là quá trình hiếu khí. Sau đó lấy ra
khỏi tủ lắc và đặt vào tủ cấy vi sinh.
Hình 2. 10 Dịch kích hoạt men giống

45
❖ Kiểm tra mật độ vi sinh. (Đo OD)
Kiểm tra OD bằng máy quang phổ kế ở bước sóng là 600 nm.
− Mục đích đo OD là để xác định mật độ con Yeast có trong dịch kích hoạt (dịch
pre-cul), qua đó xác định thể tích lượng dung dịch kích hoạt cần cho quá trình thủy
phân và lên men đồng thời.
− Pha loãng dịch pre-cul 20 lần bằng cách: dùng pipet hút 1 ml dịch Pre-cul 1 ml
cho vào ống nghiệm nhựa, sau đó thêm 19 ml nước lọc vào và lắc đều.
− Khởi động máy quang phổ kế, cài đặt bước sóng đo là 600 nm và bấm tổ hợp
phím “shift+Abs” để chạy máy. Tráng sạch cuvet rồi cho nước cất vào cuvet, trừ
nền bằng cách đặt cuvet vào máy quang phổ, bấm zero.
− Tráng cuvet bằng dịch pre-cul, rót đầy cuvet rồi cho vào máy quang phổ kế, bấm
“Read” để đo OD. Kết quả OD = 0,3÷0,5 là hợp lý.
− Thể tích dịch pre-cul dùng để lên men được tính theo công thức
V(cấy) =
V(lên men) . 0.5
OD . X
(ml)
Trong đó: V(lên men) là thể tích nước dùng cho thủy phân và lên men đồng thời.
OD là mật độ nấm men đo được bằng máy đo quang phổ kế.
X là số lần pha loãng dịch kích hoạt (pre-cul). (X = 20 lần)
Hình 2. 12 Máy quang phổ kế
Hình 2. 11 Dịch nấm men sau ly tâm

46
Dùng pipet hút V ml dịch pre-cul cho vào ống nhựa và ly tâm. Quá trình này
để loại bỏ dịch đường, dinh dưỡng và nước trong dịch pre-cul. Sau khi ly tâm, ta
loại bỏ nước để thu được lượng nấm men cần dùng.
2.5 Bố trí thí nghiệm
2.5.1 Sơ đồ thí nghiệm
Hình 2. 13 Sơ đồ thí nghiệm
2,5% CSL, 8,5%
đường,nước lọc
Tiệt trùng
121oC,20 phút.
Tiệt trùng
121oC,20 phút.
Cho 0,1% nấm
men giống, lắc đều
nhiệt 120 vòng,
35oC, 24 giờ
Ly tâm 3000 vòng/
5 phút
Lục bình tươi
Cắt nhỏ, bỏ rễ, rửa
sạch.
Phân tích thành
phần sơ xợi
Xay nát
Thuỷ phân và lên
men đồng thời
(SSF)
• Enzyme: 2%
• pH: 4,8
• ToC: 35oC
• Lắc 120v/p
Lấy mẫu chạy
HPLC

47
2.5.2 Bố trí thí nghiệm
❖ Quá trình thuỷ phân và lên men đồng thời
Nội dung : Khảo sát thời gian lên men.
Mục đích quá trình xem thời điểm nào là thời gian lên men tốt nhất của
nguyên liệu lục bình. Nồng độ các chất được đo sau 24h, 48h, 72h, 96h, 120h,
130h,150h,180h.
Đo nồng độ glucose, ethanol vẽ đồ thị nồng độ theo thời gian, hiệu suất quá
trình theo thời gian từ đó làm cơ sở để nhận xét thời gian lên men nào là tốt nhất.
Cố định ban đầu các yếu tố sau:
• Nhiệt độ: 35oC
• Enzyme: 2%.
• pH: 4.8.
Tiến hành thí nghiệm:
❖ Rửa sạch bằng nước cất và lau khô các dụng cụ thí nghiệm.
❖ Kiểm tra độ ẩm của lục bình: khởi động máy đo độ ẩm, đặt rơm lên khay
chứa mẫu của máy đo sao cho lượng rơm khoảng 0,5 ÷ 0,7 g là hợp lý. Bấm
nút “start” để máy tiến hành đo. Độ ẩm của rơm sẽ hiển thị khi máy đo xong.
(chú ý không dịch chuyển máy khi đo).
Hình 2. 14 Dụng cụ thuỷ phân và lên men đồng thời

48
Sau khi đo độ ẩm theo mục 2.4.3, ta tiến hành tính toán lượng lục bình và các
nguyên liệu cần thiết cho 1 lần lên men. Tổng lượng cơ chất cho vào erlen là 125 g
gồm lục bình, dinh dưỡng, lượng nấm men, enzyme, nước (d=1g/ml) được cho theo
như trong bảng sau:
Bảng 2. 2 Thành phần các chất trong bình phản ứng
Bình
Lục bình
khô (g)
% khối
lượng
men/khối
lượng lục
bình khô.
3% khối
lượng CSL/
khối lượng
lục bình
khô
% khối
lượng
Enzyme/
khối lượng
lục bình khô
Nước (ml)
1 5
2,5 3 2 88
2 5
3 5
Thí nghiệm bổ sung:
Khảo sát quá trình thuỷ phân và lên men đồng thời khi dùng lượng enzyme
khác.
Ta tiến hành khảo sát % khối lượng Enzyme/ khối lượng lục bình khô lần
lượt là 1,5 %, 2,5%, 3%. Đo nồng độ glucose, ethanol vẽ đồ thị nồng độ theo thời
gian, hiệu suất quá trình theo thời gian từ đó làm cơ sở để nhận xét ảnh hưởng của
enzyme đến quá trình. Cố định ban đầu các yếu tố sau:
• Nhiệt độ: 35oC
• pH: 4.8.

49
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1 Thành phần lục bình ban đầu
❖ Phương pháp phân tích trình bày ở mục 2.4.1
Từ biểu đồ phân tích thành phần sơ sợi thì thành phần cellulose của lục bình
chiếm 40,47 %, thành phần khác chiếm 36 %, lignin chiếm 13 % tro chiếm 8 %,
hemicellulose chiếm 4 %.
Trong đó, thành phần hemicellulose chiếm thấp (4 %) so với những nghiên
cứu của các nhà khoa học khác. Có thể giải thích ở những nguyên nhân như sau:
• Mẫu lục bình được lấy từ những môi trường sống khác nhau, ở những vị trí
địa lý khác nhau nên thành phần hoá học của lục bình cũng khác nhau.
• Mẫu lục bình khi lấy có thân, lá không đồng đều về kích thước (to, nhỏ), về
hình dáng (dày, mỏng), về độ tươi (xanh, hơi héo).
13%
39%
4%
8%
36%
Lục Bình
LIGIN CELLULOSE HEMICELLULOSE Tro Thành phần khác
Hình 3. 1 Thành phần sơ xợi của lục bình.

50
Mặc dù kết quả cho thấy hàm lượng hemicellulose thấp. Tuy nhiên, thành
phần chính là cellulose lại đạt yêu cầu.
3.2 Qúa trình thuỷ phân và lên men đồng thời
3.2.1 Kết quả thời gian lên men
Ở thời gian đầu, sau khi tiền xử lý nguyên liệu bằng xay nát, cấu trúc xơ xợi
của lục bình bị thay đổi tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho quá trình thuỷ phân hoạt
động tốt. Khả năng khuếch tán của enzyme cellulase vào cấu trúc xơ xợi dễ dàng,
lượng cellulose bị enzyme tấn công tăng lên nên lượng glucose cũng tăng lên trong
dung dịch. Lượng glucose đạt được tối đa trong 1 – 2 ngày đầu. Trong khi đó,
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Concentration
(wt
%)
Time (Hour)
(1)
(2)
Hình 3. 2 Nồng độ ethanol và glucose theo thời gian lên men khi sử dụng enzyme với
liều lượng là 2 % khối lượng so với khối lượng lục bình khô : (1) Ethanol; (2)
Glucose.

51
ethanol thời gian đầu nồng độ thấp do nấm men đang trong giai đoạn thích nghi với
môi trường, lượng glucose chưa bị tiêu thụ mạnh. Từ 24 giờ trở đi, phản ứng lên
men bắt đầu, nấm men bắt đầu chuyển hoá lượng glucose từ đó lượng ethanol bắt
đầu sinh ra và tăng lên theo thời gian. Lượng ethanol tăng mạnh từ khoảng 96 giờ
đến 130 giờ rồi sau đó đạt trạng thái cân bằng từ 150 – 180 giờ.
3.2.2 Hiệu suất lên men theo thời gian
Trong thời gian đầu, do nấm men chưa thích nghi với môi trường nên phản
ứng lên men chưa hoạt động tốt. Lượng ethanol hầu như chưa được tạo ra trong thời
gian đầu. Trong khi đó, quá trình thuỷ phân hoạt động hiệu quả cho lượng glucose
cao.
Sau đó, trong 24 giờ tiếp theo, khi nấm men đã thích nghi được với môi
trường, phản ứng lên men tạo ethanol diễn ra nhanh do đó hiệu suất quá trình cũng
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
0
10
20
30
40
50
Efficiency
(%)
Time (Hour)
Hình 3. 3 Hiệu suất lên men ethanol theo thời gian

52
tăng. Trong hình 3. 3, hiệu suất tăng mạnh từ 96 giờ - 130 giờ sau đó tiếp tục tăng
và đạt trạng thái cân bằng ở 150 – 180 giờ.
Hiệu suất cuối của quá trình chỉ đạt 45,76 %, không phù hợp với yêu cầu
được đặt ra là hiệu suất phải lớn (trên 70 %). Để lý giải, bã sau khi thuỷ phân và lên
men đồng thời được đem đi phân tích thành phần xơ sợi được trình bày ở mục 2.4.1.
Sau khi phân tích, bã sau khi thuỷ phân và lên men có hàm lượng cellulose chiếm
23,20 %. Điều này giải thích cho việc hiệu suất chuyển hoá không cao vì còn lượng
cellulose chưa bị chuyển hoá hết.
Ngoài ra, có thể do sai số trong cách đo, trong cách lấy mẫu và bảo quản
mẫu làm hao hụt nồng độ ethanol. Bên cạnh đó, nồng độ ethanol có thể bị giảm đi
do bị chuyển hoá thành acid bởi sự hiện diện của những vi sinh vật lạ trong môi
trường, dẫn đến hiệu suất quá trình không cao.
Tóm lại, trong quá trình thuỷ phân và lên men đồng thời việc giải bài toán
liên quan giữa hiệu suất quá trình và nồng độ ethanol cần đạt được không hề đơn
giản.
Chúng ta muốn nồng độ ethanol nhiều, hiệu suất cao là điều rất khó, do đó để
thõa mãn các điều kiện trên ta phải dựa vào các yếu tố sau :
- Lượng lục bình.
- Lượng enzyme.
- Thời gian tiến hành.

53
3.3 Thành phần bã lục bình sau khi thuỷ phân và lên men đồng thời
❖ Phương pháp phân tích trình bày ở mục 2.4.1
Hình 3. 4 Thành phần bã lục bình sau khi thuỷ phân và lên men đồng thời.
Hàm lượng cellulose trong bã sau khi thuỷ phân và lên men đồng thời có sự
thay đổi . Hàm lượng cellulose giảm nhưng vẫn còn cao. Điều này lý giải cho việc
hiệu suất chuyển hoá cellulose thấp.
Có thể thấy quá trình tiền xử lý vật lý bằng xay nát vật liệu không loại bỏ
nhiều lignin, tro và các chất không xác định. Do đây là tiền xử lý cơ học không có
sự tác động của hoá chất. Hơn nữa, việc tiền xử lý bằng xay nát chỉ làm giảm kích
thước nguyên liệu, cấu trúc chưa bị phá vỡ hoàn toàn nên enzyme cellulase khó có
thể tấn công. Điều đó khiến nấm men khó chuyển hoá cellulose thành glucose khiến
hiệu suất chuyển hoá thấp.
16%
23%
2%
12%
47%
Lục Bình
Lignin Cellulose Hemicellulose Tro Thành phần khác

54
3.4 Thí nghiệm bổ sung
* Kết quả khảo sát thuỷ phân và lên men đồng thời khi dùng lượng enzyme khác
theo thời gian lên
Nhìn vào hình, hiệu suất chuyển hoá ở tỷ lệ enzyme 3% cao hơn ở hiệu suất
ở tỷ lệ enzyme 1,5 % và 2,5 % . Điều đó đồng nghĩa, việc ta sử dụng lượng enzyme
càng nhiều thì hiệu suất càng lớn nhưng hiệu suất chỉ nằm trong khoảng 20 % -
25% là tương đối thấp. Tuy nhiên, hiệu suất chuyển hoá ở lượng enzyme 2%
(45,76%) lại chiếm cao hơn ở lượng enzyme 3 % (28,47%). Cho thấy kết quả khảo
sát lượng enzyme cần dùng không phù hợp với kết quả ban đầu. Có thể giải thích
trong những nguyên nhân sau đây:
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
0
10
20
30
40
50
Efficiency
(%)
Time (Hour)
1
2
3
4
Hình 3. 5 So sánh hiệu suất của quá trình SSF theo thời gian: (1) 3% Enzyme; (2)
2,5% Enzyme; (3) 1,5 % Enzyme; (4) 2% Enzyme.

55
Thời gian lấy mẫu đợt sau cho thí nghiệm khảo sát lượng enzyme cho vào
được lấy vào mùa mưa. Lục bình mùa mưa nhiều nước nên thành phần cellulose ít
hơn nhiều, dẫn đến thí nghiệm cho hiệu suất thấp hơn nhiều.
Do thời gian làm đồ án có hạn, nên người làm đề tài không có đủ thời gian để làm
thí nghiệm kiểm chứng. Vì thí nghiệm phân tích thành phần sơ xợi phải mất từ 3 – 4
tuần.

Nghiên cứu công nghệ thủy phân và lên men đồng thời lục bình thành cồn sinh học

Nghiên cứu công nghệ thủy phân và lên men đồng thời lục bình thành cồn sinh học

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (20)

Ähnlich wie Nghiên cứu công nghệ thủy phân và lên men đồng thời lục bình thành cồn sinh học

Ähnlich wie Nghiên cứu công nghệ thủy phân và lên men đồng thời lục bình thành cồn sinh học (20)

Kürzlich hochgeladen

Kürzlich hochgeladen (20)

Nghiên cứu công nghệ thủy phân và lên men đồng thời lục bình thành cồn sinh học