i
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
PGS TS. Nguyễn Thanh Hằng
Nghiên cứu sinh
Võ Thành Trung
ii
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
iii
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 LU C VIÊ T NAM
......................................................................................................................................... 51
3.1.1 Lựa chọn các loài rong lục Vi t Nam ............................................................ 51
iv
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
v
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