BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL TỪ RAU
RÁC THẢI TẠI CHỢ NÔNG SẢN THỰC PHẨM THỦ ĐỨC
Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Giảng viên hướng dẫn : TS. HOÀNG QUỐC KHÁNH
CN. NGÔ ĐỨC DUY
Sinh viên thực hiện : LÊ XUÂN HUY
MSSV: 0851110098 Lớp: 08DSH1
TP. Hồ Chí Minh, 2012
Đồ án tốt nghiệp
i
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................ vi
DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................................ viii
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................................... 4
1.1. Nhiên liệu sinh học ................................................................................................... 4
1.1.1. Ưu điểm của nhiên liệu sinh học ...................................................................... 4
1.1.2. Nhược điểm của nhiên liệu sinh học ................................................................ 5
1.2. Tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học trên thế giới và ở Việt Nam .................. 5
1.2.1. Tình hình trên thế giới ....................................................................................... 5
1.2.2. Tình hình ở Việt Nam ........................................................................................ 6
1.2.3. Triển vọng ethanol tương lai ............................................................................. 6
1.3. Các nguồn nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học ............................................ 7
1.3.1. Nguyên liệu chứa tinh bột ................................................................................. 7
1.3.2. Nguyên liệu chứa đường- mật rỉ ....................................................................... 7
1.3.3. Nguyên liệu chứa lignocellulose ....................................................................... 7
1.3.3.1. Cellulose ....................................................................................................... 9
1.3.3.2. Hemicellulose ............................................................................................. 10
1.3.3.3. Lignin ......................................................................................................... 11
1.4. Sơ lược về nguồn nguyên liệu rau quả ................................................................. 11
1.4.1. Tình hình sản xuất rau củ quả tại Việt Nam .................................................. 11
1.4.2. Thành phần rau quả ........................................................................................ 12
1.4.2.1. Chất khô ..................................................................................................... 12
1.4.2.2. Chất béo ..................................................................................................... 14
Đồ án tốt nghiệp
ii
1.4.2.3. Acid hữu cơ ................................................................................................ 14
1.4.2.4. Vitamin ....................................................................................................... 14
1.5. Quy trình sản xuất ethanol từ rau rác thải ......................................................... 15
1.5.1. Tổng quát .......................................................................................................... 15
1.5.2. Tiền xử lý .......................................................................................................... 15
1.5.2.1. Các phương pháp tiền xử lý cơ học .......................................................... 15
1.5.2.2. Các phương pháp tiền xử lý hóa học ........................................................ 15
1.5.2.3. Tiền xử lý sinh học .................................................................................... 16
1.5.3. Quá trình thủy phân......................................................................................... 16
1.5.3.1. Các nguồn sản xuất enzyme cellulase ...................................................... 16
1.5.3.2. Enzyme cellulase ........................................................................................ 17
1.5.3.3. Cấu trúc của enzyme cellulase .................................................................. 17
1.5.3.4. Cơ chế thủy phân cellulose của enzyme cellulase ................................... 18
1.5.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến qúa trình thủy phân ...................................... 19
1.5.4. Quá trình lên men...................................................................................... 21
1.5.4.1. Nấm men Sacharomyces cerevisiae .......................................................... 21
1.5.4.2. Cơ chế hóa sinh học của quá trình lên men ............................................ 21
1.5.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men.......................................... 23
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 25
2.1. Vật liệu và hóa chất. .............................................................................................. 25
2.1.1. Rau rác thải ...................................................................................................... 25
2.1.2. Enzyme cellulase .............................................................................................. 25
2.1.3. Nấm men Sacharomyces cerevisiae ................................................................ 26
2.1.4. Các hóa chất sử dụng ...................................................................................... 26
2.2. Các thiết bị sử dụng ............................................................................................... 26
2.3. Các phương pháp sử dụng .................................................................................... 28
Đồ án tốt nghiệp
iii
2.3.1. Phương pháp xác định hàm lượng cellulose .................................................. 28
2.3.2. Phương pháp định tính ethanol ...................................................................... 29
2.3.3. Phương pháp đo nồng độ đường khử ............................................................. 30
2.3.4. Phương pháp xác định hoạt tính enzyme ....................................................... 32
2.3.5. Phương pháp nuôi cấy và đếm nấm men ........................................................ 34
2.3.6. Phương pháp Cordebard ................................................................................. 36
2.4. Trình tự nghiên cứu .............................................................................................. 39
2.4.1. Quy trình công nghệ ........................................................................................ 39
2.4.2. Thuyết minh quy trình ..................................................................................... 40
2.4.2.1. Giai đoạn tiền xử lý ................................................................................... 40
2.4.2.2. Giai đoạn thủy phân bằng enzyme cellulase ............................................ 41
2.4.2.3. Giai đoạn lên men bằng nấm men Sacharomyces cerevisiae .................. 44
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ................................................................ 46
3.1. Giai đoạn tiền xử lý cơ chất .................................................................................. 46
3.2. Giai đoạn thủy phân bằng enzyme cellulase ....................................................... 48
3.3. Giai đoạn lên men bằng nấm men Sacharomyces cerevisiae ............................. 53
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................. 58
4.1. Kết luận .................................................................................................................. 58
4.2. Đề nghị .................................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 59
Đồ án tốt nghiệp
iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Số tt
Tên hình
Hình 1.1
Cấu trúc lignocellulose
Hình 1.2
Mối quan hệ cellulose – hemicellulose trong cầu trúc
lignocellulose
Hình 1.3
Công thức hóa học của cellulose
Hình 1.4
Kiểu Fringed fibrillar và kiểu Folding chain
Hình 1.5
Cầu trúc lignin
Hình 1.6
Cầu nối peptide
Hình 1.7
Cơ chế quá trình thủy phân
Hình 2.1
Rau hư tại chợ Nông Sản Thực Phẩm Thù Đức
Hình 2.2
Vị trí địa lý chợ Nông Sản Thực Phẩm Thủ Đức
Hình 2.3
S.cerevisiae nhìn dưới kính hiển vi điện tử 40X
Hình 2.4
Hệ thống Kjendahl