1
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Nghiên cứ ế ử ụu ch độ x lí bã mía cho m c tiêu lên men bioethanol.
Tác giả luận văn: Lê Duy Khương. Khóa: 2009.
Người hướng dẫn: PGS.TS. TÔ KIM ANH.
Nội dung tóm tắt:
a. Lý do chọn đề tài:
N ăm 2007, chính phủ đã phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm
2015, tầm nhìn 2025” nhằm tạo ra dạ ăng n ng lượng tái tạo được thay cho nhiên liệu hóa
thạch, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường: đến năm 2015 sản
lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn (pha được 5 triệu tấn E5 và B5), đáp ứng
1% nhu cầu xă ầng d u cả nước và đến 2025 sẽ ệ ấ đ ứ đạt 1,8 tri u t n, áp ng 5% nhu cầ ău x ng
dầu.
Trong các nguyên liệu lignocellulose, bã mía là một trong nhữ ồng ngu n
lignocellulose tập trung nhất. Nếu lượng sinh khối này được chuyển hóa thành đường lên
men được, bã mía sẽ là một trong các nguồn nguyên liệu quan trọng cho mục tiêu sản
xu u ất cồn nhiên liệ ở nước ta nói riêng và trên thế giới nói chung.
b. Mụ đ ứ ủ ậ ă ạ ức ích nghiên c u c a lu n v n, đối tượng, ph m vi nghiên c u
Để tài sẽ tậ ự ọ ếp trung l a ch n ch độ xử ồ ề ử ủ lý bã mía bao g m ti n x lí bã mía, th y
phân b n dằng hệ enzym cellulase và nghiên cứu thu nhậ ị ểch đường có th lên men được.
Hiện nay việc thủy phân hemicellulose cũ ưng nh tạ ủ ừ đo các ch ng lên men t đường 5C ã
có những thành công bước đầu nhưng chưa thực sự sẵn sàng áp dụng, do đó hệ cellulase
đượ đểc sử ụ d ng thủy phân bã mía thành glucose cho mục tiêu lên men.
c.Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
o Khả ự ọ ề ửo sát để l a ch n phương án ti n x lí bã mía.
o Khả ả ă ụ ế ợ ớ ề ửo sát kh n ng áp d ng laccase trong k t h p v i ti n x lí hóa-lý.
o Đ ự ọã l a ch n chế độ sử dụ ử ị ề ử ăng laccase cho x lí d ch sau ti n x lí, làm t ng
hiệu suất thu hồi ethanol.
o Lựa chọn tỷ lệ các enzym cellulase thủy phân bã mía.
2
d. Phương pháp nghiên cứu:
Lự ọ ệ ứa ch n nguyên li u lignocellulose cho nghiên c u.
Khảo sát các chế độ tiền xử lí nguyên liệu bằng tác nhân hóa nhiệt bao gồm axít-
nhi m-nhiệt, kiề ệ ế ợ ệ ề ớ ệ ả ề ử đt và k t h p nhi t ki m v i laccase. Hi u qu ti n x lí được ánh giá
thông qua hiệ ảu qu thủy phân bã mía và mức giảm hàm lượng lignin trong bã mía trước
và sau tiền xử lí.
Nghiên c ng laccase, nhứu loại phenol trong dịch sau tiền xử lí bằ ằm gi m sả ự ứ c
ch c ế tế bào nấm men. Hiệ ảu qu loại phenol đượ đánh giá thông qua hiệu suất thu hồi
ethanol và lượng phenol trước và sau xử lí.
Nghiên cứu t u tố ưi ỷ lệ bổ ệ ờ ủ sung enzym trong h cellulase và th i gian th y phân
bã mía, các thí nghiệm được được đưa ra theo phần mềm Design Expert 7 (DX-7).
Phương án tối ưu được kiểm tra bằng thực nghiệm.
e. K t luế ận
1 i. Đã khảo sát đ ều kiện tiề ử ự ọ ế ề ử ưn x lí l a ch n được ch độ ti n x lí bã mía nh sau:
+ Bã mía sấ ởy 45oC, bổ sung kiềm với 0,1g NaOH/g bã mía, quá trình thực hiệ ởn
nhiệt độ 121oC trong thờ ệ ải gian 60 phút, cho hi u qu thủy phân bã mía cao hơn so với
axít, vôi.
+ Phối hợp laccase (40÷70) U/g bã mía trong tiền xử lí làm tăng hiệu quả thủy
phân bã mía lên 284,15±4,6 mg đường khử ă ớ ố ợ/g bã mía (t ng 8,2% so v i không ph i h p
laccse), làm giảm hàm lượng lignin tới 72% (tăng 3,1% so với không phối hợp laccase).
2. Bã mía đã xử lí với chế độ lự ọ ể ủa ch n có th được th y phân hiệu quả với
31,5/53,61/20,47 (CMCase/FPU/CBU)/g bã mía, thời gian thủy phân 40,5 giờ, đạt 435 mg
đường khử/g bã mía.
3.Laccase có thể sử dụ ạ ử ị ủng lo i phenol kh độc trong d ch th y phân, làm tăng hiệu
suất thu hồ ới ethanol t i 76,27±4,67% (tăng 68% so với không khử độc).
L
L
L
LLu
u
u
uua
a
a
aan
n
n
nn
V
V
V
VVan
an
an
an an T
T
T
TTot
ot
ot
ot ot N
N
N
NNg
g
g
gghiep
hiep
hiep
hiephiep
L
L
L
LLe
e
e
e e Duy K
Duy K
Duy K
Duy KDuy Khu
hu
hu
huhuo
o
o
oon
n
n
nng
g
g
gg Vi
Vi
Vi
ViVie
e
e
een
n
n
nn
C
C
C
CCo
o
o
oon
n
n
nng
g
g
gg
n
n
n
nng
g
g
ggh
h
h
hhe
e
e
ee
S
S
S
SSi
i
i
iin
n
n
nnh
h
h
hh
h
h
h
hho
o
o
ooc
c
c
c c &
&
&
&&
C
C
C
CCo
o
o
oon
n
n
nng
g
g
gg
n
n
n
nng
g
g
ggh
h
h
hhe
e
e
ee
u
u
u
uuc
c
c
cc
p
p
p
pph
h
h
hha
a
a
aam
m
m
mm
Th
Th
Th
ThTh
1

M C L C 1 .....................................................................................................................
LI C ............................................................................................................... 4
L......................................................................................................... 5
DANH M C CÁC CH T T T VI ........................................................................ 6
DANH M C CÁC B 7 NG..........................................................................................
DANH M C CÁC HÌNH V  TH ............................................................. 8
M U ....................................................................................................................... 9
 .....................................................................................11
1.1. Nhiên li u sinh h c ........................................................................................11
1.2. Bã mía, nguyên li u t p trung cho s n xu t bioethanol ............................13
1.2.1. Cellulose ...............................................................................................14
1.2.2. Hemicellulose ......................................................................................15
1.2.3. Lignin ....................................................................................................18
1.3. Ti n x lí nguyên li u lignocellulose ..........................................................19
1.3.1. Ti n x lí nguyên li u lignocellulose b y lý ..20
1.3.2. Ti n x lí lignicellulose b c  ......................20
1.3.3. Ti n x lí lignocellulose b  ........................24
1.4. Ti n x lí lignocellulose b c ...............................25
1.4.1. Peroxidase .............................................................................................25
 phân h y lignin ......................................................27
1.5. Thy phân cellulose .......................................................................................31
1.5.1. Thy phân lignocellulose bhóa hc ...................31
1.5.2. Th y phân lignocellulose s d ng enzym ........................................31
1.6. Lên men ethanol d ch th y phân ..................................................................34
 T LI U ......................37
2.1. Vt li u ............................................................................................................37
2.1.1. Bã mía ...................................................................................................37
2.1.2. Enzym và hóa ch t ..............................................................................37
L
L
L
LLu
u
u
uua
a
a
aan
n
n
nn
V
V
V
VVan
an
an
an an T
T
T
TTo
o
o
oot
t
t
t t N
N
N
NNg
g
g
ggh
h
h
hhiep
iep
iep
iepiep
L
L
L
LLe
e
e
e e D
D
D
DDuy K
uy K
uy K
uy Kuy Kh
h
h
hhu
u
u
uuo
o
o
oon
n
n
nng
g
g
gg Vi
Vi
Vi
ViVie
e
e
een
n
n
nn
C
C
C
CCo
o
o
oon
n
n
nng
g
g
gg
n
n
n
nng
g
g
ggh
h
h
hhe
e
e
ee
S
S
S
SSi
i
i
iin
n
n
nnh
h
h
hh h
h
h
h ho
o
o
ooc
c
c
c c &
&
&
&&
C
C
C
CCo
o
o
oon
n
n
nng
g
g
gg
n
n
n
nng
g
g
ggh
h
h
hhe
e
e
ee
u
u
u
uuc
c
c
cc
p
p
p
pph
h
h
hha
a
a
aam
m
m
mm
Th
Th
Th
ThTh
2
2.1.3. Ch ng vi sinh v t .................................................................................37
2.1.4. D ng c và thi t b ..............................................................................38
 ..........................................................................38
 m bã mía b    n tr ng
i ................................................................................................................38
ng cellulos .........38
  n tính ca
Komarov .................................................................................................................39
ng kh trong dung d ch ...........................41
nh ho enzym  .....................................................................42
ng phenol t ng s trong dung d ch b ng p
pháp Folin Ciocalteau ...........................................................................................46
u ...............................................................................47
2.3.1. ng c a nhi s y bã mía  ..................................................47
2.3.2. Nghiên c u l a ch n tác nhân ti n x lí hóa-nhi t bã mía .............48
2.3.3. Kho sát vai trò c a laccase trong ti n x lí ....................................49
2.3.4. ng c a th i gian x lí hóa- t nhi..........................................49
2.3.5. T l các enzym h cellulase ..................................................49
2.3.6. Kho sát vai trò kh c d ch thy phân lignocellulose ca laccase
..................................................................................................................................49
T QU VÀ BÀN LU N ..........................................................52
3.1. L a ch n nguyên li u lignocellulose s d ng trong nghiên c u .............52
3.2. ng c a nhi s  n hi u qu trình th y phân ..........52
3.3. Ti n x lí bã mía v i H 2SO4 .........................................................................53
3.4. Ti n x  ng ki m Ca(OH)2 và NaOH ...............................54
3.5. Ti n x lí hóa nhi t k t h p vi laccase .....................................................58
3.6.  ng ca th i gian x lí NaOH- n hi u qunhi thy phân bã
mía ...........................................................................................................................60
3.7.  ng c a t l enzym trong h n hi u qu thy phân
bã mía ......................................................................................................................60
3.8. Nghiên c u k thu t kh phenol c a d ch ti n x lí bng laccase ..........66
3.8.1. ng c a nhi t i kh   phenol c a laccase ......67
L
L
L
LLu
u
u
uua
a
a
aan
n
n
nn
V
V
V
VVan
an
an
an an T
T
T
TTo
o
o
oot
t
t
t t N
N
N
NNg
g
g
ggh
h
h
hhiep
iep
iep
iepiep
L
L
L
LLe
e
e
e e D
D
D
DDuy K
uy K
uy K
uy Kuy Kh
h
h
hhu
u
u
uuo
o
o
oon
n
n
nng
g
g
gg Vi
Vi
Vi
ViVie
e
e
een
n
n
nn
C
C
C
CCo
o
o
oon
n
n
nng
g
g
gg
n
n
n
nng
g
g
ggh
h
h
hhe
e
e
ee
S
S
S
SSi
i
i
iin
n
n
nnh
h
h
hh h
h
h
h ho
o
o
ooc
c
c
c c &
&
&
&&
C
C
C
CCo
o
o
oon
n
n
nng
g
g
gg
n
n
n
nng
g
g
ggh
h
h
hhe
e
e
ee
u
u
u
uuc
c
c
cc
p
p
p
pph
h
h
hha
a
a
aam
m
m
mm
Th
Th
Th
ThTh
3
3.8.2. ng c a th i gian t i kh  phenol c a laccase ....69
3.8.3.  ng c a n  laccase t i kh n i phenol trong
dch ..........................................................................................................................69
K T LU N .................................................................................................................72
KI N NGH ................................................................................................................73
TÀI LI THAM KH O U .........................................................................................74
PH L C ....................................................................................................................80