Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ xử lý rong lục Việt Nam và lên men ethanol góp phần phát triển cồn nhiên liệu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:149

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của Luận án nhằm chọn được rong lục thích hợp làm nguyên liệu cho lên men ethanol. Chọn được giải pháp công nghệ xử lý và thủy phân rong lục để lên men tạo ethanol. Chọn được giải pháp công nghệ lên men ethanol từ dịch thủy phân rong Lục. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ xử lý rong lục Việt Nam và lên men ethanol góp phần phát triển cồn nhiên liệu

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, luận án này là kết quả nghiên cứu của tôi trong thời gian qua. Những kết quả và số liệu trình bày trong luận án là kết quả nghiên cứu của tôi, không sao chép bất kỳ nguồn nào khác, hoàn toàn trung thực và chưa được tác giả khác công bố. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về kết quả trình bày trong luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Thay mặt tập thể hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS TS. Nguyễn Thanh Hằng Võ Thành Trung i
LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện công trình nghiên cứu tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo chân tình của các thầy cô, bạn đồng nghiệp và các cơ quan. Trước hết cho tôi gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới PGS. Nguyễn Thanh Hằng – Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội và TS. Lê Như Hậu phòng Vật liệu hữu cơ từ Tài nguyên Biển, Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tận tình hướng dẫn và định hướng cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành bản luận án này. Tôi xin cảm ơn tới các thầy cô giáo thuộc Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và góp ý cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập và nghiên cứu. Nhân dịp này cho tôi gửi lời cảm ơn tới PGS. Bùi Minh Lý, Viện trưởng -Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và nghiên cứu. Tôi xin cảm ơn GS. Hee Chul Woo, Viện Công nghệ Sản xuất Sạch, Đại học Quốc gia Pukyong Hàn Quốc đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của giáo sư. Tôi xin cảm ơn các giáo sư, phó giáo sư, tiến sĩ là chủ tịch hội đồng, phản biện, thư ký và ủy viên hội đồng đã dành thời gian quý báu để đọc tham gia hội đồng chấm luận án với những góp ý cụ thể, những gợi ý bổ ích, giúp tôi hoàn thiện tốt hơn các nội dung nghiên cứu của luận án. Tôi cũng vô cùng cảm ơn sự khích lệ, động viên và giúp đỡ hết sức nhiệt tình của gia đình, bè bạn và đồng nghiệp đã dành cho tôi để tôi hoàn thành bản luận án nghiên cứu này. Hà Nội,ngày tháng năm 2017 Võ Thành Trung ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. I MỞ ĐẦU............................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN ................................................................................................ 3 1.1 RONG BIỂN ............................................................................................................... 3 1.1.1 Phân loại rong biển .............................................................................................. 3 1.1.2 Thành phần hóa học của các loại rong biển ........................................................ 4 1.1.3 Rong lục ................................................................................................................ 6 1.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL TỪ RONG BIỂN ......................................... 7 1.2.1 Tiềm năng rong biển để sản xuất ethanol ............................................................ 7 1.2.2 Quá trình xử lý sơ bộ nguyên liệu rong biển ........................................................ 9 1.2.3 Quá trình thủy phân rong biển ............................................................................. 9 1.2.4 Quá trình lên men ethanol từ dịch thủy phân rong biển .................................... 17 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT ETHANOL TỪ NGUYÊN LIỆU RONG BIỂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ........................................................... 24 1.3.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất ethanol từ nguyên liệu rong biển trên thế giới ..................................................................................................................................... 24 1.3.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất ethanol từ nguyên liệu rong biển ở Việt Nam ..................................................................................................................................... 27 CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................. 30 2.1 VẬT LIỆU ................................................................................................................. 30 2.1.1. Rong lục ............................................................................................................. 30 2.1.2 Chế phẩm Enzyme .............................................................................................. 30 2.1.3 Chế phẩm nấm men ............................................................................................ 30 2.2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 31 2.2.1 Các phương pháp phân tích ............................................................................... 31 2.2.2 Phương pháp toán học ....................................................................................... 42 2.2.3 Thiết kế các nghiên cứu ...................................................................................... 43 CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................... 51 3.1 LỰA CHỌN RONG LỤC VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC RONG LUC VIÊT NAM ......................................................................................................................................... 51 3.1.1 Lựa chọn các loài rong lục Vi t Nam............................................................ 51 iii
3.1.2 Thành phần hóa học của các loài rong đư c chọn ............................................ 53 3.1.3 Nghiên cứu biến động thành phần hóa học của rong lục Chaetomorpha linum Cladophora socialis theo chu k s ng ......................................................................... 56 3.1.4 Thành phần các loại đường của rong Chaetomorpha linum và Cladophora socialis ......................................................................................................................... 61 3.2 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN RONG CHAETOMORPHA LINUM64 3.2.1 Nghiên cứu xử lý nguyên liệu rong Chaetomorpha linum trước thủy phân ....... 64 3.2.2 Nghiên cứu quá trình thủy phân rong lục bằng axit........................................... 66 3.2.3 Nghiên cứu quá trình thủy phân rong lục bằng chế phẩm enzyme thương mại . 75 3.3 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÊN MEN ETHANOL TỪ DỊCH THỦY PHÂN RONG CH. LINUM ........................................................................................................ 88 3.3.1Tuyển chọn chủng nấm men trên dịch thủy phân rong Ch.linum bằng axit ........ 88 3.3.2 Tuyển chọn chủng nấm men trên dịch thủy phân rong Ch.linum bằng chế phẩm enzyme ......................................................................................................................... 89 3.3.3 Các yếu t ảnh hưởng đến quá trình lên men của dịch thủy phân bằng axit và enzyme bởi chế phẩm nấm men Red Ethanol .............................................................. 91 3.3.4 T i ưu hóa điều kiện lên men dịch thủy phân rong Ch.linum bằng axit bởi chế phẩm nấm men Red Ethanol ........................................................................................ 96 3.4 KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH ĐƢỜNG HÓA VÀ LÊN MEN ĐỒNG THỜI (SSF) CỦA DỊCH RONG LỤC SAU TIỀN XỬ LÝ ......................................................................... 102 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 105 4.1 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 105 4.2 KIẾN NGHỊ ............................................................................................................ 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 108 PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 116 iv
DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1 Thành phần hóa học của rong biển ....................................................................... 4 Bảng 1. 2 So sánh năng suất nuôi trồng của các nguồn sinh khối ......................................... 7 Bảng 1. 3 Thành phần hóa học rong biển và đường tạo thành bởi thủy phân của các loài rong biển ................................................................................................................................ 9 Bảng 1. 4 Vi sinh vật lên men ethanol/butanol từ sinh khối rong biển ............................... 21 Bảng 1. 5 Diện tích và sản lượng tại thời điểm khảo sát (2009) và dự kiến đến năm 2015 ....... 28 Bảng 3. 1 Lựa chọn các loài rong lục ở Việt Nam .............................................................. 51 Bảng 3. 2 Thành phần hóa học của các loài rong lục được chọn ........................................ 54 Bảng 3. 3 Biến động sinh lượng rong lục trong một vụ trồng vào mùa thuận lợi ............... 56 Bảng 3. 4 Năng suất thu hoạch của các đối tượng rong lục được nuôi trồng luân canh trong ao đầm tại miền Trung ......................................................................................................... 57 Bảng 3. 5 Thành phần carbonhydrate của sinh khối rong Ch.linum ................................... 62 Bảng 3. 6 Thành phần các loại đường của rong Cladophora socialis ................................. 63 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của muối NaCl trong nguyên liệu đến quá trình thủy phân rong Ch. linum .................................................................................................................................... 65 Bảng 3. 8 Ảnh hưởng của kích thước rong đến quá trình thủy phân rong Ch. linum ......... 66 Bảng 3. 9 Ảnh hưởng của tỷ lệ rong trong dung dịch đến quá trình thủy phân rong Ch. linum .................................................................................................................................... 66 Bảng 3. 10 Khoảng xác định của các yếu tố như sau .......................................................... 69 Bảng 3. 11 Mức thí nghiệm ................................................................................................. 70 Bảng 3. 12 Ma trận thực nghiệm ......................................................................................... 70 Bảng 3. 13 Kết quả tính bước chuyển động (∆j) của các yếu tố ......................................... 71 Bảng 3. 14 Tối ưu hóa điều kiện thủy phân rong theo Box-wilson ..................................... 71 Bảng 3. 15 Thành phần và hàm lượng của các loại đường trong dịch thủy phân rong Ch. linum bằng axit .................................................................................................................... 73 Bảng 3. 16 Thành phần dịch thủy phân rong lục bằng axit ................................................ 74 Bảng 3. 17 Ảnh hưởng của nồng độ axit đến quá trình tiền xử lý rong lục ........................ 75 Bảng 3. 18 Hoạt độ các loại enzyme trong chế phẩm enzyme Viscozyme L và Cellulase 76 Bảng 3. 19 Khả năng thủy phân rong Ch.limum thành đường bởi các chế phẩm enzyme thương mại ........................................................................................................................... 77 Bảng 3. 20 Khoảng xác định của các yếu tố trong tối ưu thủy phân bằng enzyme ............. 81 Bảng 3. 21 Mức thí nghiệm trong tối ưu thủy phân bằng enzyme ...................................... 81 v
Bảng 3. 22 Ma trận thực nghiệm trong tối ưu thủy phân bằng enzyme .............................. 82 Bảng 3. 23 Kết quả tính bước chuyển động (∆j) của các yếu tố trong tối ưu thủy phân bằng enzyme ................................................................................................................................. 82 Bảng 3. 24 Tối ưu hóa điều kiện thủy phân rong Ch. linum bằng enzyme ......................... 83 Bảng 3. 25 Thành phần và hàm lượng của các loại đường trong dịch thủy phân rong Ch. linum bằng chế phẩm enzyme Viscozyme L ....................................................................... 85 Bảng 3. 26 Thành phần dịch thủy phân rong Chaetomorha linum bằng chế phẩm enzyme86 Bảng 3. 27 Hiệu suất thủy phân rong Ch. linum bằng axit và bằng chế phẩm enzyme Viscozyme L ........................................................................................................................ 87 Bảng 3. 28 Khả năng lên men ethanol dịch thủy phân rong Ch.linum bằng axit bởi các chủng nấm men khác nhau .................................................................................................. 88 Bảng 3. 29 Kết quả lên men ethanol và hiệu suất của các chủng nấm men trong môi trường dịch thủy phân rong lục bằng axit được xác định bằng HPLC ............................................ 89 Bảng 3. 30 Khả năng lên men ethanol dịch thủy phân rong Ch.linum bằng chế phẩm enzyme bởi các chủng nấm men khác nhau ........................................................................ 90 Bảng 3. 31 Kết quả lên men ethanol và hiệu suất của các chủng nấm men trong môi trường dịch thủy phân rong Ch. linum bằng chế phẩm enzyme được xác định bằng HPLC ........................... 90 Bảng 3. 32 Ảnh hưởng của nguồn nito đến quá trình lên men dịch thủy phân rong lục ..... 91 Bảng 3. 33 Khoảng xác định của các yếu tố trong lên men dich thủy phân bằng axit ........ 96 Bảng 3. 34 Mức thí nghiệm trong lên men dich thủy phân bằng axit ................................. 96 Bảng 3. 35 Ma trận thực nghiệm trong lên men dịch thủy phân bằng axit ......................... 97 Bảng 3. 36 Kết quả tính bước chuyển động (∆j) của các yếu tố trong lên men dich thủy phân bằng axit...................................................................................................................... 98 Bảng 3. 37 Tối ưu hóa điều kiện lên men dịch thủy phân rong lục bằng axit theo Box- wilson .................................................................................................................................. 98 Bảng 3. 38 Hàm lượng các loại đường và ethanol biến đổi trong quá trình lên men từ dịch thủy phân axit ...................................................................................................................... 99 Bảng 3. 39 Hàm lượng các loại đường và ethanol biến đổi trong quá trình lên men từ dịch thủy phân rong lục bằng enzyme ....................................................................................... 100 Bảng 3. 40 Hiệu suất lên men ethanol của quá trình lên men từ dịch thủy phân rong lục bằng axit và bằng chế phẩm enzyme ................................................................................. 101 Bảng 3. 41 Kết quả của quá trình đường hóa và lên men đồng thời tại các thời điểm đường hóa ban đầu khác nhau....................................................................................................... 102 vi
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Thành phần carbohydrate của rong đỏ, rong nâu, rong lục .................................... 5 Hình 3. 1 Biến động hàm lượng protein theo chu kỳ sống của hai loài rong lục ................ 58 Hình 3. 2 Biến động hàm lượng tro theo chu kỳ sống của hai loài rong lục ....................... 59 Hình 3. 3 Biến động hàm lượng lipid theo chu kỳ sống của hai loài rong .......................... 60 Hình 3. 4 Biến động hàm lượng carbohydrate và tốc độ sinh trưởng theo chu kỳ sống của hai loại rong lục ................................................................................................................... 60 Hình 3. 5 Sắc ký đồ thành phần các loại đường của rong Chaetomorpha linum. ............... 62 Hình 3. 6 Sắc ký đồ thành phần các loại đường của rong Cladophora socialis .................. 63 Hình 3. 7 Ảnh hưởng nồng độ axit sunfurit đến quá trình thủy phân rong Ch.linum bằng axit ....................................................................................................................................... 67 Hình 3. 8 Ảnh hưởng nhiệt độ đến quá trình thủy phân rong Ch.linum bằng axit sunfurit. 68 Hình 3. 9 Động thái của quá trình thủy phân rong Ch.linum bằng axit............................... 69 Hình 3. 10 Sắc ký đồ các loại đường và ethanol của chuẩn (B) và dịch thủy phân rong Ch. linum bằng axit (A) .............................................................................................................. 72 Hình 3. 11 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến quá trình thủy phân rong Ch.linum bằng enzyme ................................................................................................................................. 78 Hình 3. 12 Ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân rong Ch.linum bằng enzyme ....... 79 Hình 3. 13 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân rong Ch.linum bằng enzyme 79 Hình 3. 14 Động thái của quá trình thủy phân rong Ch.linum bằng enzyme ...................... 80 Hình 3. 15 Sắc ký đồ các loại đường và ethanol của chuẩn (B) và dịch thủy phân rong Ch. linum bằng chế phẩm enzyme Viscozyme L (A) ................................................................ 84 Hình 3. 16 Động thái nito tổng số trong quá trình lên men ................................................. 92 Hình 3. 17 Ảnh hưởng pH đến quá trình lên men dịch thủy phân rong Ch.linum .............. 93 Hình 3. 18 Ảnh hưởng nhiệt độ đến quá trình lên men dịch thủy phân rong Ch.linum ...... 94 Hình 3. 19 Động thái quá trình lên men dịch thủy phân rong Ch.linum ............................. 95 vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Chữ viết đầy đủ C Nồng độ Cs Cộng sự ĐLM Đường lên men ĐTP Đường dịch thủy phân EtOH Ethanol H Hiệu suất HaF Lên men dịch thủy phân bằng axit HeF Lên men dịch thủy phân bằng enzyme HLM Hiệu suất lên men HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao HTP Hiệu suất thủy phân SSF Đường hóa và lên men đồng thời Tb Tế bào tn Thí nghiệm V Thể tích v/v Thể tích/ thể tích VSV Vi sinh vật W Khối lượng w/v Khối lượng/thể tích τ Thời gian viii
MỞ ĐẦU Khi nhu cầu năng lượng thế giới tiếp tục tăng và nguồn nhiên liệu hóa thạch đang giảm, nhiên liệu sinh học là giải pháp thay thế thích hợp. Ethanol là sản phẩm nhiên liệu được sử dụng phổ biến nhất và được nhiều quốc gia tập trung nghiên cứu. Ethanol thường được sản xuất từ tinh bột, đường mía và phụ phẩm nông nghiệp. Tuy nhiên việc sử dụng các sản phẩm nông nghiệp làm nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol còn có hạn chế là chiếm một lượng lớn đất nông nghiệp, cũng như nguồn nước, thời gian và công chăm sóc, canh tác… Hơn thế nữa vấn đề này cũng đang đối mặt với những ý kiến chỉ trích cho rằng không thể sử dụng các sản phẩm nông nghiệp để sản xuất ethanol trong khi mỗi ngày trên thế giới có hàng triệu người chết đói vì thiếu lương thực. Trước tình hình đó, hàng loạt các nghiên cứu nhằm tìm ra một nguồn nguyên liệu mới trong việc sản xuất cồn sinh học được đẩy mạnh. Trong đó rong biển là một lựa chọn thích hợp và đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Rong biển có sản lượng tự nhiên lớn, vòng đời sinh trưởng ngắn, dễ thu hoạch, giá thành rẻ và nuôi trồng thu được sinh khối lớn. Hàm lượng carbohydrate trong một số loài rong cao từ 40 - 79,4 %, rong có lignin thấp dễ thủy phân, thành phần đường chủ yếu là đường 6 carbon nên dễ dàng lên men tạo ethanol. Việt Nam có bờ biển dài hơn 3200 km có chứa sinh khối rong biển rất lớn, trong đó rong lục là phổ biến nhất. Ước tính mỗi năm có khoảng 2 triệu tấn khô được tạo thành. Tuy nhiên nguồn sinh khối này vẫn chưa được sử dụng hợp lý, chỉ có số ít loài được nghiên cứu chế biến các sản phẩm sinh học, số còn lại tự phân hủy ngoài tự nhiên gây hiện tượng ô nhiễm. Vì vậy nghiên cứu sản xuất ethanol từ rong lục là một giải pháp thích hợp để tạo ra nhiên liệu sạch, giải quyết ô nhiễm môi trường và gia tăng lợi ích kinh tế cho người dân ven biển. Để sản xuất được ethanol nhiên liệu từ rong lục, cần phải tiến hành các bước: lựa chọn đối tượng rong lục thích hợp, đảm bảo sinh khối ổn định bằng tiến hành nuôi trồng gia tăng sinh khối, sử dụng các kỹ thuật xử lý nguyên liệu, tìm các phương pháp thích hợp để đường hóa rong lục và lên men tạo ethanol. Về nghiên cứu sản xuất ethanol nhiên liệu từ rong lục tại Việt Nam hiện nay mới được đề cập tuy vậy vẫn chưa có nghiên cứu cụ thể. Do đó, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ xử lý rong lục Việt Nam và lên men ethanol góp phần phát triển cồn nhiên liệu” để đưa ra được một cách hoàn chỉnh công nghệ lên men ethanol từ nguồn sinh khối rong lục. 1
Mục tiêu của đề tài Chọn được rong lục thích hợp làm nguyên liệu cho lên men ethanol Chọn được giải pháp công nghệ xử lý và thủy phân rong lục để lên men tạo ethanol Chọn được giải pháp công nghệ lên men ethanol từ dịch thủy phân rong Lục Các nội dung nghiên cứu của đề tài 1. Nghiên cứu lựa chọn nguồn rong lục Việt Nam làm nguyên liệu cho lên men ethanol 2. Nghiên cứu chọn giải pháp xử lý và thủy phân rong lục để lên men tạo ethanol 3. Nghiên cứu chọn giải pháp lên men ethanol từ dịch thủy phân rong lục Những đóng góp mới của luận án - Nghiên cứu đầu tiên một cách có hệ thống về rong lục từ khảo sát lựa chọn nguồn rong lục đến thủy phân và lên men ethanol - Nghiên cứu nguồn rong biển Việt Nam làm nguyên liệu sản xuất ethanol bằng phương pháp thân thiện môi trường là hướng nghiên cứu phù hợp với xu thế của thế giới nhằm thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch 2
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 RONG BIỂN 1.1.1 Phân loại rong biển Tảo được chia thành hai nhóm chính là microalgae và macroalgae, microalgae được gọi là vi tảo hay tảo kích thước bé. Rong biển là macroalgae, được gọi là tảo kích thước lớn. Rong biển là thực vật bậc thấp sống tự dưỡng bằng cách quang hợp, hình thái dạng tản. Quá trình phát triển của rong không qua giai đoạn phôi, có ba hình thức sinh sản: sinh sản dinh dưỡng, sinh sản vô tính bằng bào tử, sinh sản hữu tính bằng hình thức giao phối giữa phối tử đực và cái. Rong biển sinh trưởng phát triển nhanh, có vòng đời sinh trưởng không quá 1 năm, tốc độ tăng trọng nhanh và tạo ra sinh khối lớn. Rong biển chia thành ba ngành chính: rong lục, rong đỏ và rong nâu [12,17]. Ngành rong lục: Nét đặc trưng nhất của các loài là có màu lục, sản phẩm quang hợp là tinh bột. Về cấu tạo hình thái có nhiều dạng: dạng phiến, dang sợi, dạng ống. Rong lục có vỏ bằng chất pectin hoặc xenluloza. Trong chất nguyên sinh còn có những túi nhỏ chứa sản phấm của quá trình trao đổi chất. Thể sắc tố chủ yếu là chlorophyll và caroten, trong thể sắc tố còn có các hạt tạo bột hình tròn nhỏ và chứa tinh thể protein ở giữa. Trong dịch bào, sản phẩm của quá trình trao đổi chất chủ yếu là đường, tanin, sunfat canxi và các chất có màu antoxyan [12,17]. Ngành rong nâu: Hình thái đơn giản là dạng phiến, dạng sợi và hình thái phức tạp là dạng cây có "gốc" "rễ" "thân" và "lá". Vỏ tế bào chia thành hai lớp, lớp trong là xelluloza, lớp ngoài là keo fucoidin hay fucin. Thể sắc tố gồm chlorophyll a, c; xanthophyll, caroten và fucoxanthyll - loại sắc tố có riêng trong rong nâu, có màu nâu, không tan trong nước. Sản phẩm đồng hóa là mannitol, laminarin, glucoza..., đặc tính cùa rong nâu là có túi đường fucoidan chứa đường fucoza [12,17]. Ngành rong đỏ: Rong có dạng trụ tròn, dẹp, phiến, chia nhánh hoặc không. Vỏ tế bào gồm hai lớp, lớp trong là xenluloza, lớp ngoài là chất keo và pectin. Sắc tố của rong đỏ gồm có : Sắc tố lục - chlorophyll, sắc tố vàng - xanthophyll, caroten, sắc tố đỏ - phycoerythrin, sắc tố xanh lam - phycocyanin. Màu sắc của rong đỏ được quyết định bởi sự phối hợp và thành phần của các sắc tố trên, vì vậy rong đỏ thường có màu đỏ (thẫm đến nhạt), màu hồng, màu vàng lục nhạt, màu tím hay màu lam lục... Sản phẩm quang hợp của tế bào rong đỏ là một loại đường đôi [12,17]. 3
1.1.2 Thành phần hóa học của các loại rong biển Rong biển có thành phần hóa học biến đổi theo từng ngành rong và được tác giả Kim miêu tả tóm lược trong bảng 1.1 [51] Bảng 1. 1 Thành phần hóa học của rong biển Thành phần rong biển hóa học (%) rong lục rong đỏ rong nâu Tỷ lệ nƣớc 70-85 70-80 79-90 Chất tro 10-25 25-35 30-50 Carbohydrate 25-50 30-60 30-50 (thành phần) (Cellulose, (Agar, (Alginate, tinh bột) Carrageenan) Fucoidan) Protein 10-15 7-15 7-15 Lipid 1-2 1-5 2-5 Thành phần hóa học của rong biển có bốn thành phần chính tro, lipid, protein và carbohydrate. Sản xuất nhiên liệu sinh học chủ yếu sử dụng hai nguồn lipid và carbohyrate. Trong rong biển carbohydrate chiếm tỷ trọng cao 25-60 %w thích hợp cho sản xuất nhiên liệu hơn so với lipid có hàm lượng 1-5 %w. Ở bảng 1.1 cũng cho thấy, thành phần polysaccharide khác nhau giữa các ngành rong biển: rong nâu, lục, đỏ. Rong lục có thành phần polysaccharide như thực vật bậc cao, gồm tinh bột và cellulose. Rong nâu và rong đỏ có thành phần polysaccharide dưới dạng agar, carrageenan, alginate. Hàm lượng polysaccharide cao trong rong biển thì thích hợp để sản xuất ethanol sinh học. Rong biển có thành phần carbohydrate đa dạng, điều này được ghi nhận trong báo cáo của Kim [51] và thể hiện trong hình 1.1 4
Hình 1.1 Thành phần carbohydrate của rong đỏ, rong nâu, rong lục Theo số liệu hình 1.1 cho thấy carbohydrate trong rong đỏ gồm: agar, carrageenan, xylane, mannan và một ít cellulose. Agar chiếm 50-70% trọng lượng khô là nguồn carbohydrate chính, agar và carrageenan thủy phân tạo thành galactose, xylane thành xylose, mannane thành mannose, và rất ít glucose từ cellulose, qua đó cho thấy hàm lượng glucose được tạo ra từ rong đỏ sau thủy phân là rất thấp, nên rong đỏ không phải là nguyên liệu thích hợp để sản xuất ethanol. Trong rong nâu thành phần carbohydrate gồm alginate, fucoidan, laminaran, cellulose, hàm lượng alginate cao 30-40% trọng lượng khô, là nguồn carbohydrate chính trong rong nâu, và 5-6% cellulose, 7-10% fucoidan và laminaran. Alginate thủy phân thành D- mannuronic axit và M,D-glucuronic, fucoidan thủy phân thành L-fucose, galactose và ít mannitol, cellulose thủy phân thành glucose, laminaran thủy phân thành glucose, mannitol. Sản phẩm thủy phân cuối cùng của rong nâu có chứa nhiều loại đường và hàm lượng đường glucose thấp, do vậy việc sản xuất ethanol từ rong nâu không hiệu quả. Carbohydrate trong rong lục gồm cellulose, tinh bột, xylane, ulvan, paramylon, trong đó cellulose và tinh bột là 2 thành phần chính, cellulose và tinh bột khoảng 40-50%. Do vậy khi thủy phân rong lục sẽ thu được một lượng lớn glucose, ngoài ra glucose còn được thu nhận từ 5
thủy phân paramylon (β-1,3-glucan), tạo ra nguồn glucose dồi dào. Vì vậy trong rong biển, rong lục rất thích hợp làm nguồn nguyên liệu để sản xuất ethanol. 1.1.3 Rong lục Theo các mô tả của hai tác giả Nguyễn Hữu Dinh, Phạm Hoàng Hộ, Tsutsui cho đến nay các nhà nghiên cứu đã tìm thấy trong ngành rong lục có trên dưới 360 chi và hơn 5700 loài, phần lớn là sống trong nước ngọt, còn nước mặn chủ yếu là những chi sau đây: Monostroma, Enteromorpha, Ulva, Ulothrix, Rhizoclonium, Cladophora, Chaetomorpha, Cladophoropsỉs, Boergesenm, Valonia, Valoniopsis, Struvea, Boodlea, Microdyction, Caulerpa, Bryopsis, Codium, Acetabularia v.v... [12,17, 92] Nét đặc trưng nhất của các loài trong ngành là có màu lục, sản phẩm quang hợp là tinh bột. Hình dạng một tế bào hoặc nhiều tế bào có dạng phiến, dạng sợi, chia nhánh hoặc không; trừ một vài trường hợp rong chỉ là một tế bào trần không có vỏ, còn đại đa số đều có vỏ cấu tạo pectin hoặc cellulose. Nguyên sinh chất có thành mỏng, ngay sát thành là vỏ tế bào; ở giữa là một túi lớn chứa đầy dịch bào. Trong chất nguyên sinh còn có những túi nhỏ chứa sản phấm của quá trình trao đổi chất. Thành phần nguyên sinh chất: Thể sắc tố có nhiều dạng khác nhau: phiến, đai vành móng ngựa, sao nhiều cạnh, xoắn lò xo, mắt lưới, hạt nhỏ v.v...; sắc tố chủ yếu là chlorophyll và caroten, trong thể sắc tố còn có các hạt tạo bột hình tròn nhỏ và chứa tinh thể protit ở giữa, hạt tạo bột khi gặp dung dịch KI dễ bắt màu, nên trở thành một trong những tiêu chuẩn phân loại. Nhân thường nằm ở giữa khoang túi dịch bào, hay sát bên thành lớp nguyên sinh, thể nhiễm sắc hình que ngắn hay hạt nhỏ.Trong dịch bào, sản phẩm của quá trình trao đổi chất chủ yếu là đường, tanin, sunfat canxi và các chất có màu antoxyan. Ở một vài loài, sản phẩm quang hợp không phải là tinh bột mà là những giọt giống như chất bơ. Sinh sản bằng nhiều hình thức khác nhau. Sinh sản dinh dưỡng: một tế bào mẹ cắt thành hai tế bào mới; loại nhiều tế bào thì có thể một phần cơ thể đứt ra rồi phát triển thành cây riêng khác. Sinh sản vô tính: tế bào dinh dưỡng phân chia thành nhiều bào tử, gặp điều kiện thuận lợi hình thành vỏ tế bào và phát triển thành cá thể mới. Sinh sản hữu tính bằng sự thụ tinh giữa phối tử đực với phối tử cái, phức tạp hơn là đã hình thành tinh tử và trứng gọi là noãn phối. Sự hiểu biết chi tiết về sinh sản sẽ là tiền đề tạo ra sinh khối bền vững cho phát triển nhiên liệu. [12,17, 92]. Rong Chaetomorpha linum (Ch.linum) Hình dạng: Rong dạng sợi, hơi cứng, dai, dài 5-10cm hoặc hơn, không chia nhánh, có màu xanh lục, phần nổi trên mặt nước hơi vàng, sợi rong óng mượt như tơ. Khi về già màu 6
xanh đậm hơn, sợi rong dày hơn, chiều ngang 100-150 µm, chiều dài các đốt không đều nhau, chiều dài bằng chiều ngang hoặc dài gấp 1,5 lần chiều ngang. Tế bào dinh dưỡng khi hình thành túi bào tử phình rộng ra 160-170 µm, có thể sắc tố dạng lưới, nhiều hạt tạo bột. Rong sống tự do thường đan kết vào nhau thành chùm và trộn lẫn với các loại rong khác (Enteromopha, Caladophra, Rhizoclonium). Rong sống trong các đầm nước lợ và phát triển mạnh vào tháng 3-9 hàng năm Hình thức sinh sản: Sinh sản vô tính bằng bào tử động có bốn tiêm mao. Bào tử được hình thành ở bất kì tế bào nào của sợi, mỗi tế bào hình thành nhiều bào tử và các bào tử thoát ra ngoài bằng một lỗ chung. Sinh sản hữu tính bằng phối tử có hai tiên mao, kiểu heterogamia, được hình thành giống như bào tử động. 1.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL TỪ RONG BIỂN 1.2.1 Tiềm năng rong biển để sản xuất ethanol Rong biển là nguồn sinh khối bền vững cho công nghiệp nhiên liệu xanh được thể hiện qua các ưu thế sau: đã tạo ra nguồn sinh khối vô tận cho tự nhiên, tốc độ tăng trọng nhanh, sinh khối rong biển chiếm ưu thế hơn so với các nguồn sinh khối khác, khả năng chuyển hóa thành các dạng năng lượng từ rong biển tốt hơn các sinh khối khác [34, 99]. So với các loại sinh khối trên cạn, sản lượng rong biển thu hoạch hàng năm gấp 3 so với sản lượng cây lương thực và 60 lần so với cây lấy gỗ. Thời gian thu hoạch liên tục nhiều lần trong năm (4-6 lần /năm). Rong biển dễ dàng canh tác nuôi trồng, sử dụng vùng biển rộng lớn, không sử dụng vật liệu khó khăn như: thuỷ lợi, phân bón, đất,….[51,78] Bảng 1. 2 So sánh năng suất nuôi trồng của các nguồn sinh khối Thực vật trên cạn Thực vật biển Đƣờng-Tinh bột Gỗ Rong biển Mía đường, ngô, Nguyên liệu thô Gỗ mền và gỗ cứng Các loài rong biển các loại củ Thời gian thu hoạch 1-2 lần/ năm Ít nhất 8 năm 4-6 lần/ năm Năng suất (tân tƣơi/ha) 180 9 565 Hấp thụ CO2 (tấn/ha) 5-10 4,6 36,7 Quá trình sản xuất Đơn giản Phức tạp Đơn giản Ánh sáng, CO2, Ánh sáng, CO2, thuỷ Ánh sáng, CO2, nước Điều kiện nuôi trồng thuỷ lợi, đất, phân lợi, đất, phân bón biển bón 7
Theo đánh giá của tác giả Bruton rong biển không phải là cây lương thực nên không ảnh hưởng an ninh lương thực, nguồn nguyên liệu không cạnh tranh đất trồng nông nghiệp, không cần sử dụng phân bón, không gây ô nhiễm môi trường, hấp thụ tốt CO2 và chất dinh dưỡng cải tạo môi trường, khả năng sinh trưởng phát triển tốt, có sinh khối lớn, chu kỳ nuôi trồng ngắn, nuôi trồng đạt năng suất cao, mang lại lợi nhuận cao cho người trồng rong, vì vậy rong là nguồn nguyên liệu lý tưởng để sản xuất bioethanol [33,78]. Theo các tác giả Phạm Văn Ty và cs tế bào thực vật trên cạn có thành phần chính gồm cellulose, hemicellulose, lignin; ba thành phần này liên kết chặt chẽ với nhau có sức bền cơ học cao, trong đó lignin là cơ sở tạo ra các mô gỗ của cây, việc phân hủy tế bào hóa gỗ là vô cùng phức tạp [18]. Do vậy nghiên cứu ứng dụng sản xuất nhiên liệu sinh học từ sinh khối gỗ gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi công nghệ cao. Trong khi đó theo báo cáo của Kim vi tảo và rong biển lại dễ bị phân hủy do chỉ chứa cellulose và các polysachrid hòa tan. Dưới tác động của nhiệt, enzyme, axit các nhóm polysacchrid này bị thủy phân thành các dạng đường đơn. Đây là nguồn cơ chất quan trọng cho vi sinh vật thực hiện quá trình lên men sản xuất nhiên liệu sinh học, điều này cho thấy sinh khối rong, tảo từ biển được sử dụng dễ dàng hơn so với sinh khối thực vật trên cạn [51]. Để sản xuất được nhiên liệu từ nguồn sinh khối thực vật trên cạn với quy mô công nghiệp thông thường sử dụng phương pháp kỹ thuật phức tạp trải qua nhiều công đoạn xử lý, những công nghệ này đòi hỏi đầu tư trang thiết bị hiện đại, vì vậy sẽ nâng giá thành sản phẩm lên cao [18]. Ngược lại công nghệ cho sản xuất nhiên liệu từ nguồn sinh khối biển đơn giản hơn. Các phương pháp xử lý nguyên liệu không yêu cầu kỹ thuật phức tạp, các công nghệ này đầu tư trang thiết bị ít tốn kém, hiệu suất ổn định, chất lượng tinh sạch cao. Theo báo cáo của John Rojan và Nigam nhiên liệu sinh học sản xuất từ rong biển là một thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Các sản phẩm nhiên liệu từ sinh khối tảo thân thiện với môi trường và chất lượng ổn định. Vì vậy nhiên liệu sinh học từ rong biển đang được khuyến khích phát triển tại hầu hết các quốc gia trên thế giới. Các sản phẩm nhiên liệu sản xuất từ tảo: dầu thực vật, dầu diesel sinh học, ethanol sinh học, biogasoline, biomethanol, butanol sinh học và nhiên liệu khác [28,46, 68, 88]. Theo các tác giả Goh, Nahak và Jones quá trình nghiên cứu và sản xuất ethanol từ rong biển được thực hiện theo ba bước chính, bước 1 xử lý rong biển sau thu hoạch, bước 2 thủy phân rong biển đã được xử lý, bước 3 tiến hành lên men dịch thủy phân rong biển [67; 38; 47]. 8
1.2.2 Quá trình xử lý sơ bộ nguyên liệu rong biển Theo báo cáo của Bruton và Roesijadi hầu hết các dạng rong biển sau thu hoạch phải được tiền xử lý trước khi ứng dụng sản xuất nhiên liệu sinh học. Bước đầu tiên của tiền xử lý là rong biển tươi sau thu hoạch được loại tạp, loại muối bằng cách tách mảnh vụn như đá, cát, ốc hoặc rác rồi rửa với nước, sau đó rong được sấy khô đến độ ẩm 10-15%, lưu giữ, chuẩn bị cho quá trình thủy phân. Trước khi thủy phân rong được xử lý cơ học, xay nghiền bằng máy nghiền búa nhằm làm nhỏ kích thước rong (0,5-5mm) giúp cho quá trình thủy phân diễn ra dễ dàng [33, 79]. 1.2.3 Quá trình thủy phân rong biển Sau khi tiền xử lý, rong biển được thủy phân, quá trình này chuyển hóa các dạng polysaccharide thành monosaccharid, làm nguyên liệu cho quá trình lên men. Rong biển được thủy phân bằng hai phương pháp, thủy phân bằng axit và thủy phân bằng enzyme. Nghiên cứu của Jang cho thấy carbohydrate rong biển của cả ba loại rong (nâu, đỏ, và lục) được thủy phân một cách hiệu quả để tạo ra monosacarid bởi axit sunfuric loãng ở nhiệt độ cao [45]. Bốn yếu tố quan trọng tác động đến quá trình trình thủy phân bằng axit sulfuric được xác định là (i) nhiệt độ phản ứng, (ii) thời gian phản ứng, (iii) nồng độ axit và (iv) khối lượng rong biển. Nghiên cứu của Kim chứng minh hiệu quả của việc kết hợp tiền xử lý bằng axit sau đó thủy phân bằng enzyme trong quá trình đường hóa rong biển, tạo ra hàm lượng đường cao 0,566 g/g rong Gracilaria amansii và 0,376 g/g của rong Laminaria japonica [52] Theo Wei N. thành phần hóa học của rong biển sau thủy phân được trình bày trong bảng 1.3 [98]. Bảng 1. 3 Thành phần hóa học rong biển và đƣờng tạo thành bởi thủy phân của các loài rong biển Đường Các loại Carbohydrate Hiệu suất Thành Ngành Thành phần dịch thủy đường tổng số thủy phân phần loài rong Polysaccharide phân dịch thủy (%w/w) (%) (%w/w) phân Gelidium 75.2 34.6 46.01 amansii Agar, Rong đỏ Gelidium Glucose, Carrageenan, 77.2 56.6 73.32 amansii Galactose Cellulose Gelidium 83.6 67.5 80.74 amansii 9
Laminaria Laminaran 51.9 37.6 72.45 japonica Mannitol, Rong nâu Laminaria Glucose, Alginate, 59.5 34 57.14 japonica Mannitol Fucoidan, Sargassum Cellulose 39.6 9.6 24.24 fulvellum Ulva Tinh bột, 54.3 19.4 35.73 Rong lục lactuca cellulose, Glucose Ulva Ulvan 65.2 59.6 91.41 pertusa Bảng 1.3 cho thấy kết quả thủy phân các loại rong biển có nhiều sự khác biệt, có hiệu suất thủy phân dao động 25-90%, kết quả thủy phân phụ thuộc vào thành phần đường của từng đối tượng rong biển. 1.2.3.1 Thủy phân bằng axit Theo tổng quan của Wei N., dưới tác động của axit các polysaccharide của rong biển sẽ bị cắt nhỏ thành các oligo hoặc monosaccharid. Các ion H+ của axit tác động trực tiếp đến polysaccharide tại các liên kết mắt xích nối các monosacchadid tạo ra các oligo hoặc monosaccharid. Quá trình thủy phân rong của axit tạo ra hỗn hợp dung dịch đường cần cho quá trình lên men ethanol [98]. Theo nghiên cứu của Kalpana rong Kappahycus alvarezii được thủy phân theo tỷ lệ 50 g rong/l với axit sunfuric 0,9N tương đương 5% v/v trong 1 giờ tại 100 oC [49], theo nghiên cứu của Wang thủy phân rong Gracilaria salicornia trong điều kiện thủy phân bằng axit sunfuric 2%, trong 30 phút ở nhiệt độ 120 oC, hiệu suất của quá trình thủy phân 4,3g glucose/kg rong tươi [96], theo tác giả Karunakaran rong Eucheuma sp.và Hypnea sp. được thủy phân bởi axit sunfuric 1% tại nhiệt độ 100 oC trong 3 giờ với nồng độ chất khô 20g/l, dung dịch đường sau thủy phân thu được dịch đường có nồng độ 11,1 g/l. Theo nghiên cứu Michul Yoon đã sử dụng kỹ thuật xử lý mẫu bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma đã mang lại hiệu quả tích cực cho công nghệ sản xuất cồn. Thành phần loài được sử dụng trong nghiên cứu này là Undaria sp., đây là loài có sinh khối vô cùng lớn được nuôi trồng và khai thác tự nhiên tại Hàn Quốc. Mẫu rong biển sau khi thu hoạch ngoài tự nhiên sẽ được xử lý với tia Gamma với liều chiếu 0, 10, 50, 100, 200 và 500 kGy, sau đó thủy phân trong axit sunfuric 1% w/v ở nhiệt độ 121 oC 10
trong 3 giờ. Sau quá trình thủy phân hỗn hợp rong sẽ được trung hòa với CaCO3 rồi lên men với nấm men. Hàm lượng glucose thu được vào khoảng 72- 204 g/kg đường tổng số [62]. Theo nghiên cứu của Mohammad loại gỗ mền cây Vân Sam theo tỷ lệ gỗ phối trộn 1/3 rồi thủy phân bằng axit sunfuric có nồng độ 10g/l ở nhiệt độ 228 oC trong 11 phút, sau đó lọc thu dịch đường. Tuy nhiên hỗn dịch này chứa 5,7g/l furfural và 7,3 g/l HMF (5- hydroxylmethyl furfural) làm cho quá trình lên men khó diễn ra [63]. Theo Lynd gỗ được xay nhỏ về kích thước 10 mm sau đó được thủy phân trong axit 75% v/v tại nhiệt độ 50 oC, rồi pha loãng nồng độ axit xuống 20-30% v/v và tiếp tục thủy phân trong 1 giờ để tạo ra hỗn hợp đường glucose và xylose và bã gỗ, sau đó thu hồi đường và tiếp tục thủy phân bã lần hai. Trong quá trình thủy phân này các loại đường tạo thành là 70% glucose và 30% xylose [57].Theo nghiên cứu của Pattana Laopaiboon bã mía được thủy phân bằng axit sunfuric 3%v/v trong 2 giờ ở 120 oC để tạo ra dịch đường sử dụng cho lên men axit lactic [73]. Như vậy từ các nghiên cứu trên cho thấy, các sinh khối khác nhau điều kiện thủy phân khác nhau, với đối tượng rong biển thường được thủy phân bằng axit sunfuric có nồng độ 1- 5%v/v, nhiệt độ 100 - 120 oC thời gian từ 1-3 giờ. Vì vậy trong nghiên cứu này để thủy phân được nguyên liệu rong lục chúng tôi khảo sát nồng độ axit sunfuric từ 1-4% v/v, nhiệt độ 90- 130 oC, thời gian 20-90 phút. 1.2.3.2 Thủy phân bằng enzyme Hiện nay quá trình thủy phân sinh khối bằng enzyme được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu, để thực hiện được quá trình này sinh khối cần được tiền xử lý rồi bố sung chế phẩm enzyme thực hiện đường hóa. Trong đó phương pháp tiền xử lý và đường hóa của mỗi loại sinh khối là khác nhau. Nhóm nghiên cứu đề tài Biomass do Phan Đình Tuấn trường đại học Bách Khoa TP.HCM phụ trách đã nghiên cứu công nghệ xử lý các phế phẩm trong sản xuất nông nghiệp như rơm, rạ, trấu.... nhằm sản xuất ethanol. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy, quá trình thủy phân nguyên liệu theo phương pháp nổ hơi rồi thủy phân với enzyme cellulase ở nhiệt độ 50 oC, pH 4.8 thu được 200g glucose từ 1 kg rơm rạ [19]. Theo tác giả Nguyễn Thị Minh Phương đã tiến hành nghiên cứu tiền xử lý rơm rạ để nâng cao hiệu suất thủy phân bằng enzyme cho sản xuất etanol sinh học. Nguyên liệu được tiền xử lý NaOH 5% w/w rơm khô và gia nhiệt 100 oC trong 2 giờ, sau đó thu được 56% bã cellulose được thủy phân bằng tổ hợp enzyme (Cellic® CTec2 và Cellic® HTec tỷ lệ 4:1) với hoạt độ sử dụng 16,25 U/g. Thực hiện quá trình thủy phân trong 94,2 giờ, quá trình này thu được lượng đường khử (có hàm lượng glucose 33,3%; xylose 13,4%, galactose 4% và arabinose 1,3%) đạt 49,2% so với rơm rạ[15]. 11
Cùng hướng sản xuất bioethanol từ bã thải nông nghiệp, nhóm nghiên cứu của tác giả Vũ Nguyên Thành đã tiến hành đề tài: Nghiên cứu công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất cồn nhiên liệu từ phụ phẩm nông nghiệp (BIOMASS). Kết quả đề tài đã thu được một số kết quả khả quan về enzyme thủy phân hemicellulose, giống nấm men có khả năng lên men các loại đường từ quá trình thủy phân. Nguyên liệu mà tác giả nghiên cứu là bã mía đã được xay nhỏ về kích thước 6 mm, tiền xử lý với sunfuric 0,75%, nhiệt độ 121 oC trong 1 giờ và tiếp tục xử lý với NaOH 1,5% trong 1 giờ thu được 88,9% cellulose tương đương 55 g cellulose/100g bã mía. Sau đó cellulose vô định hình được đường hóa và lên men đồng thời ở nồng độ chất khô 15% [23]. Một nghiên cứu khác của tác giả Tô Kim Anh đã tiến hành đề tài: Nghiên cứu tạo enzyme tái tổ hợp thủy phânlignocelluloses phục vụ sản xuất cồn nhiên liệu. Nguyên liệu lignocelluloses sử dụng cho nghiên cứu này được thu nhận từ bã mía. Bã mía có kích thước < 5mm, độ ẩm 5%, cellulose 47%. Nguyên liệu được tiền xử lý NaOH 0,1g/1g bã mía, và gia nhiệt 121 oC trong 1 giờ, sau đó thu cellulose mang thủy phân bằng tổ hợp enzyme nồng độ 5U endoglucanase, 10U CMCase exoglucanase, 30U betaglucosidase theo tỷ lệ chất khô 1/15. Thực hiện quá trình thủy phân tại pH 4,8, nhiệt độ 50 oC trong 48h, khuấy 150 v/phút. Kết thúc thủy phân sử dụng enzyme laccase với tỉ lệ 70 U/g bã mía phá hủy phenol. Kết quả nghiên cứu này thu được 330g glucose/kg bã mía, rồi lên men thu được 120 g ethanol/kg bã mía Theo tác giả Nguyễn Minh Hải đã nghiên cứu tối ưu hóa tiền xử lý bã rong Chaetomorpha sp. bằng sunfuric để sử dụng trong sản xuấtethanol sinh học. Trong nghiên cứu này tác giả sử dụng bã thải rong Chaetomorpha sp..Rong Chaetomorpha sp. được chiết trong NaOH 0,75% w/v, tỷ lệ rong 1/20, chiết ở 50 oC trong 1 giờ sau đó ly tâm thu dịch nổi protein, phần bã được sấy khô sử dụng lên men ethanol. Bã được sấy về độ ẩm 4% sau đó bã rong được được phối trộn tỷ lệ 1/10 rồi xử lý với axit 1,75% w/v tại nhiệt độ 120 oC trong 34 phút, sau đó trung hòa với Ca(OH)2 lúc này hàm lượng đường thu được là 20,7 g/l rồi bổ sung enzyme Cellic Ctec2 nồng độ 20 FPU/g và Novozyme 188 nồng độ 4 CBU/g và nấm men tiến hành đường hóa và lên men đồng thời thu được hàm lượng cồn 1,94 % v/v [13]. Quá trình thủy phân sinh khối rong biển bằng enzyme như sinh khối lignocellulose gồm hai bước tiền xử lý và đường hóa. Tiền xử lý rong nhằm đảm bảo khả năng tiếp cận của enzyme đến các liên kết của các polysaccharide. Quá trình tiền xử lý sinh khối rong biển phụ thuộc vào cấu trúc sinh học của mỗi loại rong. Quá trình tiền xử lý được sử dụng trong nghiên cứu của tác giả Leilei và cs đã tiền xử lý bã rong nâu Laminaria japonica trong điều kiện axit sufurid nồng độ 0,1 % w/v, 121 oC, thời gian 1 giờ [37]. Theo nghiên cứu của Isa và cs rong 12