Luận văn: “ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ LIÊN TỤC XỬ LÝ RƠM RẠ BẰNG HƠI NƯỚC ĐỂ LÊN MEN ETHANOL”

Đ I H C QU C GIA THÀNH PH H CHÍ MINH

Ố Ồ

NG Đ I H C BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM

Ạ Ọ TR ƯỜ

Ố Ạ Ọ

~&~

Báo cáo tóm t

tắ đ tài: ề

“ NGHIÊN C U CÔNG NGH VÀ THI T B LIÊN T C Ụ Ế Ị X LÝ R M R B NG H I N C Đ LÊN MEN ETHANOL” Ứ Ạ Ằ Ệ Ơ ƯỚ Ể Ơ Ử

Ầ Ứ Ệ Ố Ạ Ế Ạ Ơ Ế ƯỜ Ử Ụ Ệ PH N 1: “NGHIÊN C U CÔNG NGH VÀ CH T O H TH NG THI T B Ị Ệ NG LÀM VI C LIÊN T C X LÝ VÀ TH Y PHÂN R M R THÀNH Đ Ủ PH C V QUÁ TRÌNH LÊN MEN ETHANOL”. Ụ Ụ

Mã s đ tài: B2007-20-05-TĐ

ố ề

Ch nhi m đ tài:ThS. Hoàng Minh Nam

ủ

ệ

ề

TP.H Chí Minh, ngày 2

9 tháng 12 năm 2009

ồ

1. M Đ U Ở Ầ

1.1. Lý do nghiên c u Ethanol t N c ta là m t n r m r ạ ừ ơ c nông nghi p v i s n l ệ ằ ạ ứ ộ ướ ồ ự ướ ằ ớ ả ượ ồ c ta. T đó có th th y s n l ừ ướ ồ ấ ử ơ ả ướ ng r m r trên c n ạ ỏ ầ ủ ậ ầ ườ ộ ng lai. Ngu n r m r c a chúng ta d i dào nh ng nh ng ng d ng l ồ ạ ạ ữ ng đang d n tr ồ ơ ể ụ ự ng cùng v i ô nhi m môi tr ươ ầ ớ ơ ượ ể ấ ả ượ ừ ứ ớ ư ố ỏ ệ ử ụ ớ ệ ử ụ ứ ồ ạ ễ ơ ề ả ở ố ủ ấ ườ ồ Ethanol đ ả ươ ườ ng lai vì con ng ng và có th thay th c t ệ ấ ng g o h ng năm trên 35 tri u t n. Đ ng b ng Sông H ng, khu v c Trung Du và Đ ng b ng Sông C u Long là 3 khu v c s n ự ả ằ ằ c h ng xu t lúa g o chính c a n ạ năm là r t l n và t p trung. Vi c giá d u m tăng lên t ng ngày cùng v i tình tr ng ô ạ ệ ấ ớ thành m t thách th c l n cho vi c s d ng nhiên li u nhi m môi tr ệ ở ễ i h n ch . trong t ế ạ ủ nhiên hay đ t b ngoài đ ng. S lãng phí ngu n Ph n l n r m r đ ồ c đ ho i m c t ạ ạ ượ ụ ự ư ng do vi c s d ng r m r không đúng cách nh năng l ườ ớ hi n nay đang d n tr thành m i quan tâm c a nhi u nhà khoa h c và qu n lý. ọ ệ t cho t ng l n, không gây ô nhi m môi tr ệ ể ả ơ ạ ấ ư ơ ơ ộ ượ ế ượ ể ộ ệ M c tiêu c a đ tài nh m m c đích t ng b ầ i có c đánh giá là ngu n cung c p nhiên li u t ệ ố ượ ế kh năng s n xu t v i s n l ể ễ ớ ấ ớ ả ượ ả ấ ượ ừ c cho xăng nhiên li u. Ethanol làm nhiên li u này hoàn toàn có th s n su t đ đ ệ ượ ng r m r h ng năm, ngu n cellulo nh r m r , tr u, bã mía,…. Theo đánh giá s b , l ạ ằ ồ n u đ ầ c chuy n thành ethanol, hoàn toàn có kh năng thay th toàn b nhu c u xăng d u ầ ả ế c n c hi n nay. ả ướ ụ ứ ụ ằ ố ỹ ấ ứ ụ ả ủ ề quá trình s n xu t liên t c ethanol nhiên li u t ấ và thu phân r m thanh dung d ch đ ng có kh năng lên men ethanol. c nghiên c u các thông s k thu t c a ậ ủ ừ ướ ử r m, trong đó giai đo n th nh t là x lý ệ ừ ơ ạ ả ườ ơ ỷ ị

ụ 1.2. M c tiêu và n i dung nghiên c u ứ ộ Nh ng nghiên c u trong đ tài này nh m h ằ ứ ướ ử ề ế ữ ụ ớ i là xây d ng nh ng c ự ự ướ ớ ng đ n th c hi n các quá trình x lý r m ơ ơ ữ ụ ệ ừ ơ r m t b cho quy trình hoàn ch nh s n xu t liên t c ethanol nhiên li u t ệ ng t ụ ế ị ệ ỉ ả ấ r liên t c v i quy mô trong phòng thí nghi m. M c tiêu h ạ s d li u và thi ở ữ ệ r sau này. ạ ơ ả ạ c áp ộ ồ t b liên t c x lý r m r ơ ụ ử t b liên t c đã ch t o b ng h i n ế ị ạ ơ ướ ế ạ ụ ằ Nhi m v c th c a đ tài bao g m các n i dung c b n sau: ệ 1. Thi ế ế 2. Kh o sát quá trình x lý r m r trên thi ả ấ su t cao có gi m áp đ t bi n. ả 3. Nghiên c u nh h ơ ế ủ ứ ả ưở ệ ủ c theo h ụ ụ ể ủ ề t k , ch t o thi ế ị ế ạ ử ộ ng c a quá trình n h i liên t c đ n hi u su t th y phân r m ơ ướ ng ụ ế ữ ổ ơ ệ ơ ở ả ướ ứ ấ r b ng enzyme cellulase trên c s c i thi n nh ng nghiên c u tr ạ ằ liên t c hóa quá trình th c hi n. ụ ự ệ

2. T NG QUAN TÀI LI U Ổ Ệ 1.3. Bioethanol

Ethanol ẩ ừ ng t 1.3.1. Các s n ph m t Ethanol đ ố ượ ử ụ ợ ấ ộ t l ệ ượ ơ ươ ố ả c s d ng làm nhiên li u do đ t cháy ethanol cho nhi ả c và có kh năng hòa tan t ả ấ ữ ơ ượ ả ế ấ ữ t m t s h p ch t h u c nên đ ượ ố u thu c… ố ẩ ị ượ ng, v sinh d ng c … ượ ươ ụ ệ ố ng đ i ệ t trong cao mà không s n sinh ra các ch t đ c h i. Ethanol là h p ch t h u c hòa tan t ạ c dùng làm dung môi hòa n ộ ố ợ ướ Ethanol có kh năng c tan, trích li trong các các s n ph m nh s n, bút màu, r ứ ư ơ ả ồ c dùng làm ch t kháng khu n. Dung d ch ethanol 70%, 90% - c n ch vi sinh v t nên đ ẩ ấ ậ 70˚, c n 90˚- đ ồ ọ ể Các d n xu t c a ethanol ế cũng có r t nhi u ng d ng. Ethyl acrylate đ ấ ủ ề ứ ẫ c dùng trong y h c đ sát trùng các v t th ụ ấ ế ấ ụ ả ấ ổ ế ử ụ ậ ệ ủ ậ ệ c ph m. M t s ethyl ester khác đ ộ ố ượ ư ẩ ơ ượ ử ụ c s d ng trong vi c t ng h p các d ệ ổ ệ ẩ ượ ợ ụ c s d ng ượ ử ụ ủ trong s n xu t polyme acrylate có công d ng làm ch t k t dính hay các v t li u che ph . Ethyl axetate là dung môi ph bi n s d ng trong s n, các v t li u che ph và trong công c s d ng trong công nghi p nh là các nghi p d ệ ch t t o mùi . Các ethylamin đ ấ c ph m, hóa ch t ấ ạ nông nghi p và các ch t ho t đ ng b m t. ấ ượ ử ụ ề ặ ạ ộ ệ

ả i ế ớ 1.3.2. Tình hình s n xu t ethanol t Cho đ n nay, trên th gi ế ừ ừ ơ biomass trên th gi ấ ư ượ ấ ừ i vi c s n xu t ethanol t ế ớ ệ ự ớ ấ ữ ấ ề ệ ệ biomass nói chung và t ệ ệ ố c th c hi n v i quy mô công nghi p m c dù đã đ ượ mang l ế ề ầ ả ễ ệ ễ ị ớ ệ ứ ừ ế ụ ệ t là ô nhi m không khí i đ biomass l ạ ượ ồ ư

ướ ả ầ ạ ớ ể ắ ả ế c đang trên đà phát tri n và có ngu n r m r d i dào nh Vi ạ ồ ữ ồ ơ Vi Ở ệ ệ ả ư ộ ầ ứ ầ ạ ơ ượ ả ấ ằ ng ĐH Bách Khoa TpHCM. H ng năm, ethanol cũng đ ng kho ng 25 tri u lít m i năm. Trong đó ch y u là làm t ỗ ủ ế ự ệ ụ ụ ẩ ả ủ ế ươ ấ ỹ ấ ự ế ố ệ ẹ ệ ượ ệ ể ấ ộ ẫ ườ ế ầ ộ ỏ ủ ầ ự ệ ả ủ ế ươ ự ể ể ỏ ươ ườ ệ r m r nói ạ ệ ả ứ ừ c nghiên c u t riêng v n ch a đ ặ ớ ẫ ệ i c a vi c nh ng năm 1950. Lý do l n nh t c a v n đ này là hi u qu kinh t ả ạ ủ ấ ủ c tình hình s n su t nhiên li u ethanol so v i nhiên li u truy n th ng nh xăng d u. Tr ớ ư ướ ả ng ngày càng tr m tr ng, đ c giá c nhiên li u tăng cao nh hi n nay và ô nhi m môi tr ặ ọ ư ệ ầ ườ ấ nh ng khu đô th l n do khí th i ô tô gây ra, vi c s n xu t bi ệ ả ả ữ ở các i. c chú ý và ti p t c nghiên c u hoàn thi n trên th gi ethanol t ế ớ Ở ữ c có ngu n biomass ph ph m nông nghi p d i dào nh Canada và M , Nh t nh ng n ậ ụ ồ ướ ỹ ệ ẩ d án s n xu t ethanol t v i quy mô bán công nghi p (vài ch c t n m t ngày) r m r ộ ụ ấ ệ ấ ừ ơ ự c b c Âu nh Hà Lan, Th y Đi n cũng c nghiên c u và tri n khai. Các n đang d n đ ể ụ ư ứ ượ đang có các d án xây d ng nhà máy s n su t và tinh ch ethanol dùng cho đ ng c . Trong ự ơ ộ ấ ự ệ khi đó đ i v i nh ng n t ể ướ ố ớ c quan tâm. Nam thì vi c s n xu t này cũng đang d n đ t Nam, đã có m t vài ượ ấ ủ biomass nói chung và r m r nói riêng c a nghiên c u ban đ u v vi c s n su t ethanol t ừ ề ệ ả ướ ớ ả tr c v i s n c s n su t trong n ấ ườ l m t r , ngô, g o và khoai ạ ừ ậ ỉ ượ mì, ch y u ph c v cho các ngành công nghi p th c ph m và hóa ch t. Tuy nhiên, tình ệ ng th c đang ngày càng khan hi m. V i dân s tăng cao và qu đ t dành cho s n hình l ả ớ ề xu t nông nghi p ngày càng b thu h p thì vi c s n xu t c n t các nguyên li u truy n ấ ồ ừ ị ấ ệ ả c m r ng đ đáp ng cho nhu c u nhiên li u ngày m t tăng cao th ng trên r t khó đ ố ầ ở ộ ứ i ngày càng cao d n đ n tình thu c vào d u m c a con ng nh hi n nay. Ngày nay s l ư ệ khi x y ra kh ng ho ng d u m . Chính vì th nên ngày càng nhi u tr ng suy thoái kinh t ề ạ ỏ ả ế ế ầ ng đ thay th d n nh ng d án nghiên c u và tri n khai s d ng năng l ng đ a ph ượ ử ụ ị ứ ữ c đánh giá cao cho kh năng thay i pháp đ d u m . Trong tình hình đó ethanol là m t gi ả ượ ả ộ ầ th nhiên li u hóa th ch trong t ng là 2 ng lai. Ti m năng l n và thân thi n v i môi tr ế ớ ớ ề ạ u đi m l n c a lo i nhiên li u này. ệ ạ ư ệ ớ ủ ể

i ế ớ ụ ệ ế ớ ứ ướ ọ ứ ươ 1.3.3. Tình hình phát tri n và ng d ng nhiên li u sinh h c trên th gi c có ch Hi n nay trên th gi ệ ể i có 50 n ọ ử ụ ệ ế ạ

2. T ng quan tài li u ệ

ổ

ệ ệ ế ầ ệ ng trình nghiên c u và s d ng nhiên li u ệ sinh h c. Các n c APEC đã ch n nhiên li u sinh h c thay th cho nhiên li u hóa th ch. ọ ướ ọ Theo d báo c a các chuyên gia, đ n năm 2025, th gi i s s d ng 12% nhiên li u sinh ế ớ ẽ ử ụ ế ủ ự h c trong toàn b nhu c u năng l ng; đ n năm 2020, EU s s d ng 20% nhiên li u sinh ẽ ử ụ ượ ộ ọ h c.ọ

ỹ ợ ươ ị ự ủ ọ ả ệ ễ ế ộ ả ử ụ ấ ấ ỗ ợ ấ ệ ả ươ Trong ch ế ệ ệ ứ ể ọ ệ ỉ ữ ư ủ ế ạ ạ ồ ả ọ ể ả ệ ấ ồ ấ ằ ệ ổ ợ ọ ọ ạ ầ ậ ể ả ướ ự ự ậ ầ ấ ượ ầ ồ n ọ ở ướ ữ ầ ồ ỡ ộ ả Đ c là 1,2 tri u ha, chi m 10% đ t tr ng tr t ế ạ ả ơ ầ ệ ạ ả ệ ấ ấ ấ ỗ ng trình ngh s c a di n đàn h p tác Đông Á - M Latinh (FEALAC) cũng đã bàn đ n các n i dung liên quan đ n s n xu t và s d ng nhiên li u sinh h c, g m: ồ ử ụ nguyên li u cho s n xu t biodiesel; công nghi p s n xu t biodiesel; s n xu t ôtô s d ng ả ấ ng trình nghiên c u và phát tri n. Nhiên nguyên li u thay th ; c ch chính h tr ; các ch ế ơ ế ỗ ơ biomass nh c i, g , r m, li u sinh h c (biofuel) là nh ng nhiên li u có ngu n g c t ệ ư ủ ố ừ ồ ữ ậ tr u... nh ng đây ch là nh ng d ng nhiên li u thô. Nhiên li u sinh h c cho giao thông v n ệ ệ ấ i ch y u g m: các lo i c n s n xu t b ng công ngh sinh h c đ s n xu t ra gasohol t ả ấ (methanol, ethanol, buthanol, nhiên li u t ng h p); các lo i d u sinh h c đ s n xu t c Đ c đã biodiesel (d u th c v t, d u th c v t ph th i, m đ ng v t). Năm 2005, n ầ ậ ứ ế ả h t d u c i làm nhiên li u cho ô tô. Hi n nay, c 1,7 tri u t n biodiesel t s n xu t đ ừ ạ ầ ả ệ ệ ệ ấ c này và di n tích tr ng d u h t c i ạ ả ở ứ ấ ồ ệ ệ ỉ các chuyên gia cho r ng khó có th m r ng di n tích tr ng d u h t c i h n n a. Đ c ch ứ ằ ể ở ộ có th s n xu t nhi u nh t 2 tri u t n d u h t c i, trong khi nhu c u m i năm lên t i 130 ớ ầ ề ể ả tri u t n. ệ ấ ỉ ở ộ ứ ộ ơ ơ Tuy nhiên, Biodiesel cũng ch có th s d ng ớ ệ ấ ệ ệ ế ệ ờ ọ ả ủ ố ớ ế ử ụ ộ ệ ề ng... m t m c đ nh t đ nh đ i v i m t s ộ ố ấ ị lo i đ ng c diesel đ i m i. Đây là lý do t p đoàn Shell quan tâm nhi u h n đ n vi c phát ề ạ ộ i ta s d ng c các tri n nhiên li u sinh h c th h hai. Đ s n xu t nhiên li u này, ng ườ ể b ph n c a cây trong quá trình s n xu t nông nghi p, nhi u khi nh ng b ph n này là ộ ậ ữ ả ch t th i nh r m r , thân cây ngô, h ươ ấ ướ R u là m t lo i nhiên li u sinh h c mà con ng ạ ạ ườ ệ i ta cũng đã có ý đ nh dùng r ể ử ụ ậ ể ả ấ ng d ọ ế ỷ ướ ở i đã s n xu t t ấ ừ ả ị ủ c, ườ ể ắ ế ậ ả ượ ữ ệ khi đó ng i ta đã phát hi n đ ữ ệ ặ M ng ỹ i tán d ươ ề ế ườ ỏ ồ ươ ư ơ ộ nay. Nh ng năm 30 c a th k tr nhiên li u ô tô. Tuy nhiên, nh ng ng l ượ ẽ Ngu n d u m d i dào và giá r lúc đó khi n các qu c gia công nghi p ph ồ nh n l ạ ậ ệ ẻ ẩ ệ ộ ậ Brazil là qu c gia duy nh t đi theo con đ hàng nghìn năm u làm ườ ượ ế ở ng sáng ki n này không th th ng th b i vùng Trung Đông. t c nhi u m d u l n đ c bi ệ ở ỏ ầ ớ ấ ng Tây ch p ầ ệ ố thu c vào vi c nh p kh u lo i nhiên li u này. ấ ử ụ ủ ố ồ ệ ệ ườ ầ c đi u ch t ề đ ế ừ ườ ừ ạ ộ ạ ề ồ ỹ ng riêng c a mình và s d ng c n làm ứ c đáp ng c này đ ượ ệ ủ ướ Châu Âu và ng mía. Trong khi đó ở cây tr ng. Chính ph M cũng coi ỹ ủ nhiên li u cho các lo i ô tô. Kho ng 40% nhu c u nhiên li u c a n ả b ng bioethanol, m t d ng c n đ ằ ượ B c M ng ắ bioethanol là m t lo i nhiên li u c a t ủ ế ng lai. i ta đi u ch ethanol ch y u t ườ ộ ồ ế ệ ủ ươ ạ ộ ạ ể ề M t lo t công ngh m i, đang trong quá trình phát tri n, h a h n nhi u tri n v ng, đó ớ i, m t h th ng s n xu t “sundiesel” s đi vào ho t đ ng v i ả ứ ẹ ẽ ể ọ ạ ộ ệ ớ ớ ộ ệ ố ấ là “sundiesel”. Trong năm t năng su t 15.000 t n/năm. Sundiesel hoàn toàn không đ c h i và không có ch t aromat. ộ ạ ấ ấ ấ Cho đ n nay, ng ườ ể ả ệ ấ ợ ế ể ử ụ ệ ạ i ta có xu h ố ớ ậ ằ ộ ố ự ả ả ơ ổ ở ộ ỉ ữ ạ ọ ế ể ượ ụ ứ ộ ấ ng s d ng biogas đ s n xu t đi n. Khí biogas r t ử ụ ướ thích h p đ s d ng đ i v i các lo i ô tô ch y b ng khói nén. Tuy nhiên, vi c này cho ạ đ ng c ô tô và ph i có đ n nay ti n tri n r t ch m vì ph i th c hi n m t s thay đ i ệ ể ấ ế ế ệ t (tr m ti p). Theo nhi u chuyên gia thì ch có nh ng lo i nhiên li u c s h t ng c n thi ế ầ ạ ề ơ ở ạ ầ c yêu ph i tr n có nhi u tri n v ng đ áp d ng r ng rãi. Ethanol và sundiesel đáp ng đ ể ề ố ộ c u này. ầ

2. T ng quan tài li u ệ

ổ

1.3.4. Liên doanh s n xu t bioethanol: “đ t phá” cho s ra đ i ngu n năng l ng sinh ự ả ấ ộ ờ ồ ượ h cọ ng nhiên li u n ứ ỹ ị ườ ướ ậ ả ứ Sau khi nghiên c u k th tr ỏ ủ ợ c ta v i công su t 100 tri u lít/năm t ự ớ ậ ậ ệ c hoàn t ấ ấ ẽ ượ ệ ắ ệ c ta, t p đoàn Itochu (Nh t B n) v a ừ ệ chính th c ký th a thu n h p tác liên doanh v i Petrosetco (thành viên c a T p đoàn d u ầ ớ ậ ừ khí VN) xây d ng nhà máy s n xu t ethanol t i n ấ ả ạ ướ t trong quý ngu n nguyên li u s n lát. D ki n, vi c xây d ng nhà máy s đ ự ự ế ồ I/2009. ẩ ộ ả ẽ ượ ủ ứ ụ i VN s p t ệ dài h n c a Itochu t ủ ụ ể ạ c cung ng cho th tr i. “Đây ch là b ậ ả ắ ớ ạ t. Trong 6 tháng t i, chi ti Toàn b s n ph m c a nhà máy là ethanol 99,8% s đ đ a đ pha vào xăng ph c v công nghi p và giao thông - v n t ể ị đ u cho quá trình tri n khai đ u t ầ ư ầ Shigemi – Phó Ch t ch đi u hành T p đoàn Itochu cho bi ậ ủ ị ng n i ộ ị ườ ở c kh i ướ ỉ i”, ông Toshio ế ố t v n ớ ề ế

2 và hèm - nguyên li u r t t ng protein r t cao.. ứ S ra đ i c a liên doanh s n xu t ethanol s là m t trong nh ng b ấ ả ự

ố ụ ề ậ ư ế ứ ượ t, b i hai ph ế ể ở ấ ượ cũng là đi u đang đ ề c công b . V n đ t n d ng ph ph m nh th nào đ nâng cao ẩ ụ ụ c hai bên tính toán c th và chi ti ụ ể ượ u t cho ngành s n xu t bia, r ả ệ ấ ố ấ ớ ấ ướ ữ ẽ ộ ộ s chính th c đ đ u t ầ ư ẽ hi u qu đ u t ả ầ ư ệ ph m c a D án này là khí CO ự ủ ẩ và th c ăn gia súc v i hàm l ượ ờ ủ ứ l ỷ ệ ệ ầ ệ ệ ộ ạ ộ ị ệ ẫ ư ố ự

ư ọ ớ ế ệ ả ồ ượ ả ạ ạ ộ ầ ễ ể ng do các ho t đ ng công nghi p và v n t ậ ả ệ ườ ề ầ ư ế ấ c đi mang tính pha ethanol vào xăng cho “đ t phá”, đáp ng nhu c u v nhiên li u ngày càng tăng (t ề ng B Công nghi p, hi n Chính ph đã phép là 10%). Theo ông Đ H u Hào, Th tr ủ ứ ưở ỗ ữ giao B Công nghi p nghiên c u và so n th o nh ng quy đ nh và chính sách u đãi đ u t ầ ư ữ ứ ả c Châu Á nh Trung Qu c, Thái Lan, ng Hào, các n cho lĩnh v c này. V n theo Th tr ướ ứ ưở ế ộ Philippines cũng đang đ y nhanh vi c s n xu t ethanol sinh h c v i m c đích thay th m t ụ ẩ ấ ng hóa th ch, đ ng th i gi m thi u đ n m c t ph n ngu n năng l i đa tình tr ng ô ạ ứ ố ờ ồ i gây ra. Chính ph ta r t quan nhi m môi tr ấ ủ ệ tâm đ n v n đ này và đang khuy n khích các doanh nghi p đ u t ấ vào lĩnh v c s n xu t ự ả ế ethanol.

ươ ể ọ 2.1.5. Tri n v ng bioethanol trong t Trên th gi ng trên 6,2 t ỷ ng l n các ch t th i nông nghi p t ả ầ ng lai ệ b p. M t l ộ ượ ỏ ặ ệ ấ ụ ệ c s n xu t t ượ ả i đ ượ i, công nghi p ethanol nhiên li u đ t s n l ấ ừ ắ ố ư ệ ể ả ử ụ ề ậ ị ườ ể ồ ớ ớ Ng ườ i ta d đoán r ng s d ng kĩ thu t gen trên nguyên li u v i hàm l ậ lít vào năm ế ớ ạ ả ượ 2000. H u h t ethanol đ ệ ừ ế ớ c đem đ t ho c b đi. Vi c t n d ng các nguyên li u lignocellulosic hi n t ệ ạ ệ ệ ng. S d ng nguyên li u lignocellulosic có th thay th g n nh 40% gasoline trên th tr ế ầ ể lignocellulosic nh c , r m r , bã mía có th gi m đáng k chi phí v nguyên li u khi so ư ỏ ơ ạ sánh v i ngu n nguyên li u là b p. ệ ự ơ ượ ắ ử ụ ớ ả ế i. Gi m chi phí s n xu t cellulase là chìa khóa công ngh ả ệ ẽ ả ấ ủ ấ ự ượ ng ệ ả c giá ethanol kho ng ệ c s d ng đ t o dòng các ể ạ ệ ạ ượ ử ụ ằ ự ậ ữ ợ ấ ẩ ạ ả ậ mã hóa vào trong vi khu n, n m men, n m s i và th c v t nh m t o ra nh ng h ấ ả h p endoglucanase t ằ carbohydrate cao h n k t h p v i c i ti n công ngh s gi m đ ế ợ 0,11 dollar/lit trong 10 năm t ớ trong quá trình th y phân b ng enzyme. Kĩ thu t gen đã đ ằ trình t th ng s n xu t cellulase v i ho t tính cao. ố ộ ề ệ ớ ự ổ ợ ể ệ Wood và các c ng s đã báo cáo v vi c bi u hi n gen tái t ệ ố ổ ợ ượ ườ ấ ỏ ng kh đ μl đ ử ượ ạ c bi u hi n t t ệ ừ Acidothermus cellulolyticus đ ượ ể ị ể ử ụ ườ lá. Ng h p ủ ể ể ớ ượ ứ ộ h p v i các gen t ng h p xylose reductase và xylitol dehydrogenase t ổ ợ ừ ả h p này đã s n c xác ng l ng lên men (IU, international unit, đ c t o ra trong 1 phút khi s d ng carboxymethyl cellulose ử ụ ệ ở i ta cũng có th s d ng quá trình lên men xylose thành ở ừ Zymomonas mobilis đ chuy n hóa ổ ợ E. coli v i các gen t c nghiên c u b i Dien và các c ng s . Các plasmid tái ự ở ừ Pichia stipitis và Saccharomyce spp. cho c chuy n vào ể ề ượ

2. T ng quan tài li u ệ

ổ

ừ Saccharomyces cerevisiae đ u đ ồ ệ ả ờ ấ ư ề ượ ả ế ử ặ ề ữ ổ ử ấ ở Erwinia chrysanthemi P86021 vào Escherichia coli KO11 và h th ng tái t xu t 3.200 IU endoglucanase/lit canh tr đ nh nh là 1 ườ ư ị làm c ch t). Endoglucanase E1 ch u nhi ơ ấ Arabidopsis thaliana ethanol. Ch ng tái t pyruvate thành ethanol cũng đã đ t ớ ổ ợ gen xylulokinase t quá trình lên men đ ng th i xylose và glucose . ẫ M c dù vi c s n xu t bioethanol đ c c i ti n b i nhi u công ngh m i, nh ng v n ệ ớ ở n đ nh các có nhi u th thách c n ph i v t qua. Nh ng th thách đó bao g m vi c gi ả ượ ầ ị ệ ồ ữ ệ c bi n đ i gen khi lên men quy mô công nghi p, nâng cao hi u ch ng n m men đã đ ệ ổ ế ượ c a h th ng s n xu t ethanol. qu ti n x lý nguyên li u lignocellulosic, và tính kinh t ả ệ ủ ả ề ử ế ủ ệ ố ấ

1.4. Biomass – R m rơ ạ

Hình 2.2: R m r sau thu ho ch ầ ạ i c a cây lúa sau khi thu ho ch l y h t lúa. Ngo i tr ơ ạ ạ ủ ơ ạ Hình 2.1: R m r và các ph n trên cây lúa ầ ễ ủ ấ ả ạ ấ ơ ề ượ ạ ạ ướ ờ ề ệ c xu t kh u g o nhi u nh t th gi ố ạ ấ ộ ướ ạ R m r là thành ph n còn l ầ ớ ấ t c các ph n khác c a cây lúa đ u đ ỹ ấ ộ ẩ ệ T ng s n l ng hoa màu và th c ph m c n ả ượ ế ớ ấ ự ả ướ ẩ c trình bày theo b ng 1. ố ệ ụ ể ượ ả ng th c và hoa màu cao đ ng nghĩa v i vi c n ạ ừ ơ c coi là r m r . N c ta có khí ph n h t và r thì t ạ ầ ệ t t đ i gió mùa. Cùng v i qu đ t r ng và n n nông nghi p phát tri n lâu đ i, Vi h u nhi ể ệ ớ ậ i. Theo th ng kê năm 2003, nam đã tr thành m t n ề ở c có 33 tri u hecta đ t trong đó 9,67 tri u hecta đ t canh tác cùng 9,7 tri u hecta c n ấ ệ ệ ả ướ đ ng c (FAQ, 2003) [1]. ạ c năm 2003 đ t ỏ ổ ồ 35 tri u t n. S li u c th đ ệ ấ ng l S n l ả ượ c ta có m t ngu n ph ộ ệ ướ ớ ồ ẩ ả ạ ả ượ ấ ạ ệ ấ ố ệ ấ ả ằ

i ch ượ ể ụ ạ ườ ố ạ ạ ồ c đ m c ho i ngoài đ ng hay đ t t ề i đ ạ ượ ấ ng đ ầ ầ ộ ụ ụ r m r s có th s d ng có ích ngu n năng l ng t ế r m mà v n tr l ừ ơ ể ả ẫ ừ ơ ượ ồ ụ ự ươ ồ ph m nông nghi p r t d i dào. Trung bình, đ t o ra 1 t n g o đã th i ra kho ng1,2 t n ấ ả ể ạ ệ ấ ồ ơ ng lúa g o năm 2007 toàn qu c đ t 36 tri u t n [2]. Nh v y, l r m r . S n l ng r m ạ ượ ư ậ ố ạ ơ c trình bày r th i ra h ng năm vào kho ng 43 tri u t n. S li u th ng kê h ng năm đ ượ ố ệ ằ ạ ả theo b ng 1. ả Cho đ n nay, ph n l n r m r th ầ ớ ơ ế i khoáng ch t cho đ ng ru ng. Ph n còn l ấ ồ ấ ố ạ ẽ ấ ỗ c đem v làm th c ăn gia súc hay đ tr l ể ả ạ ứ ấ tr ng n m và làm ch t đ t ph c v nhu c u đun n u trong gia đình. N u có th s n xu t ấ ồ đ ả ạ i ượ đ ượ c ethanol t ể ử ụ c ngu n khoáng ch t cho cây tr ng. ồ ồ

2. T ng quan tài li u ệ

ổ

ng nông nghi p n c ta năm 2003 (FAO 2004) B ng ả 1: S n l ả ượ ệ ướ

c t 1997- 2007 ả ượ 1.5. Công ngh s n xu t Bioethanol t ng lúa g o c n ạ ả ướ ừ Biomass Hình 2.3: S n l ệ ả ấ ừ

Biomass th c t ộ ố ự ế ừ ấ ả ử ệ ế 1.5.1. M t s qui trình s n xu t Ethanol t Các quá trình x lí nguyên li u thành cellulose, hemicellulose và lignin ti n hành trên ả ng tác v t lí, hóa h c, sinh h c. Sau đó ti p t c các quá trình chuy n hóa thu s n ế ụ ể ậ ọ ọ c s t ơ ở ươ ph m.ẩ

Nguyên li uệ

Chu n ẩ bị

Ti n x lí ề ử N m men ấ

Th y phân ủ

Nhân gi ngố

Lên men

Ch ng c t ấ ư

Ethanol

2. T ng quan tài li u ệ

ổ

Hình 2.4: Qui trình công ngh s n xu t Bioethanol t Biomass ệ ả ấ ừ

Hình 2.5: Các qui trình s n xu t đi t lignocellulosic ấ ả ừ

Hình 2.6: Qui trình s n xu t đi t ả ấ ừ nguyên li u biomass ệ

ạ 1.5.2. Giai đo n ti n x lý Khác v i nguyên li u tinh b t, s n xu t ethanol t ấ ả ừ ề ử ệ ồ ơ ả ế ớ ướ ườ ề ử ơ ộ c khi ti n hành th y phân thành đ ủ ứ ộ ễ ế ộ ẳ ấ ữ ạ ớ ộ ễ ế ơ

2. T ng quan tài li u ệ

ổ

c ti n x lí tr R m r ph i đ ạ ấ ơ ử ể ngu n r m r ph i qua giai đo n ạ ạ ủ ng. Nguyên nhân là do cellulose khó th y ti n x lí tr phân h n tinh b t. Tinh b t ch a amylopectin có c u trúc phân nhánh nên d dàng ti p xúc ấ v i dung môi. Trong khi cellulose tinh th t o c u trúc th ng, kho ng cách gi a các phân ả ể ạ ớ ệ th p nên dung môi ti p xúc v i các phân t t cellulose khó khăn h n. Bên c nh đó, vi c ơ ử ế ử ấ th y phân liên k t α - 1,4 – glycosidic trong tinh b t d dàng h n liên k t β- 1,4- glycosidic ủ trong c u trúc c a cellulose. ề ầ ệ c khi lên men. Quá trình ti n x lí đ nâng cao hi u ử ề qu quá trình th y phân c n ph i tho mãn nh ng tiêu chu n sau: ả ế ủ ả ượ ủ ướ ả ữ ẩ ả

ng đ ấ ả ng có kh năng lên men cao nh t. ủ

ấ ứ ả ượ ế ự ự ạ Ph ng pháp n b ng áp l c h i n ươ ng pháp n b ng áp l c h i n c ươ ổ ằ ự ằ ứ ớ ng pháp này đ n hàm l ng c a ph ủ ưở ươ ầ c trong d ch th y phân cellulose. Theo Iotech, đi u ki n x lí t ơ ướ c i thi u, ngay sau đó công ty Iotech Corporation đã ti n hành các thí ng glucose và ủ i u c a ệ ể ả ủ ế ượ ử ố ư ế ề ượ ị • T o ra l ườ ạ • H n ch s phân h y các carbohydrate. ạ • Gi m s hình thành nh ng ch t c ch vi sinh v t. ế ậ ữ ả • Linh ho t, và ph i có hi u qu kinh t cao. ệ ế ả 2.3.2.1. ự ơ ướ ổ ằ Năm 1980, quá trình ti n x lí biomass b ng ph ử ề c chính th c gi đ ượ nghi m đ u tiên đ tìm hi u nh h ể ệ xylose thu đ ệ holocellulose (xylose + glucose) là áp su t 500-550 psi, th i gian 40 giây. ấ ờ C chơ ế ng pháp n b ng áp l c h i n ộ ổ ằ ọ ỗ ơ ọ ụ ỡ ấ ủ ị ự ợ ự ự ơ ướ ệ ở ủ ơ ẩ i tác d ng c a nhi ế ả ứ ủ

ổ ơ ướ ồ ạ

: nhi 2.3.2.2. c là m t quá trình tác đ ng c h c, hóa h c và Ph ộ ươ ệ nhi t, t đ lên h n h p nguyên li u. Nguyên li u b phá v c u trúc d ướ ệ ệ ộ h i và áp l c do s giãn n c a h i m và các ph n ng th y phân các liên k t glycosidic ơ trong nguyên li u.ệ Quá trình n h i n c g m các giai đo n sau: a) Làm m nguyên li u ệ ẩ b) Gi m áp đ t ng t ộ ộ ả Các y u t 2.3.2.3. ưở ế ố ả Quá trình n b ng áp l c h i n ổ ằ ng nh h ự ơ ướ ng l n b i 2 y u t ở ờ t đ và th i c ch u nh h ị ả ế ố ệ ộ ưở ớ gian.

ờ ư ả ủ • Th i gian l u: ư ệ ở ư ế ề ưở t b ph n ng càng dài thì hemicellulose đ ế ị trong thi ế ị ữ ẩ ả ế ự ủ ả ứ nguyên li u ạ ủ ầ ẩ ả ủ ủ ễ

ng đ n s th y phân c a hemicellulose. Th i ờ ư th i gian l u nh h ủ ờ ượ c gian l u c a nguyên li u trong thi ệ t b quá lâu s d n th y phân càng nhi u. Nh ng n u gi ẽ ẫ ủ t. đ n s phân h y các s n ph m th y phân t o ra các s n ph m không c n thi ế ế ự ủ ậ Vi c th y phân hemicellulose giúp cho quá trình th y phân cellulose di n ra thu n ệ l i h n. ợ ơ • Nhi t đ có m i quan h ch t ch v i áp su t trong thi ế ị ấ ố ệ ộ nhi t đ :

ẽ ớ ự t b và áp su t khí quy n. T đó nh h ệ ộ t b . Nhi t đ i. S gia tăng áp su t làm tăng s chênh ự ấ ế ự ắ ng đ n l c c t ưở ừ ể ả ế ị ữ ấ ơ ệ ệ ộ ặ c l càng cao thì áp su t càng cao và ng ượ ạ ấ l ch gi a áp su t trong thi ấ ệ c a m khí hóa h i. ủ ẩ Thi t bế ị ề ữ ử ế ị ử ụ ấ ộ ế ị 2.3.2.4. Hi n nay, StakeTech là m t trong nh ng thi ệ ả c áp su t đ n 450 psig. Nguyên li u đ ạ ự ử ờ ướ ể

ở ề ặ ướ ừ ấ ờ ộ ả ầ ệ ả ở ỗ ị ố ả ứ ộ t b s d ng trong quá trình ti n x lí khá ể ị t b áp su t làm b ng thép không g , đ t n m ngang có th ch u hi u qu . StakeTech là thi ỉ ặ ằ ằ ệ c dòng b ng m t vít c n p vào liên t c ng đ ượ ộ ằ ượ ụ ấ ế ượ ệ t b . Nguyên li u di chuy n d n v phía c a tháo i đ cân b ng v i áp l c bên trong thi t ế ị ề ầ ể ệ ớ ằ ả ể ụ c đi u khi n theo l p trình. Sau đó, d i tác d ng li u. Th i gian l u c a nguyên li u đ ậ ề ệ ượ ư ủ ệ c đ y ra ngoài qua van tháo li u. Van hình c u, có th quay c a l c nén ép, nguyên li u đ ệ ượ ẩ ể ầ ệ ủ ự c theo t c đ s n xu t. Tùy vào đi u và m đ u đ n theo t ng kho ng th i gian đ t tr ề ả ặ ố ki n s n xu t mà van có th đ nh kì m m i 2 – 8 giây. Do đó c n ph i chu n b ng d n ẫ ấ ẩ ả ể ị ượ ử ụ ở c s d ng biomass đã x lí sang quá trình k ti p. Thi ế ị ử các tr ạ ọ ề ả ứ ế ị ự

c đ t b ph n ng StakeTech đang đ ng đ i h c và là m t m t hàng có giá tr th ng ph m cao. ẩ ị ươ t b ph n ng liên t c 2 c th c hi n b ng h th ng thi ệ ố ụ ằ ẳ t k d a trên m t tr c vít n m ngang và m t tr c vít đ t th ng ằ ử ở ộ ụ 170-185ºC. Tr c vít th hai s ụ ơ ướ ặ ứ 205-225 ºC . ở ế ế ặ ườ Quá trình ti n x lí có th đ ệ ể ượ ử c p. Thi t b đ c thi ộ ụ ấ ế ế ự ế ị ượ đ ng. Tr c vít th nh t dòng h i n c d n vào ượ ẫ ấ ứ ụ ứ d ng dòng acid loãng < 0.1 % ( tính theo kh i l ng) ố ượ ụ

2. T ng quan tài li u ệ

ổ

ủ b ng acid 2.3.3. Giai đo n th y phân ạ 2.3.3.1. Th y phân ủ ằ

Quá trình th y phân acid ban đ u ch phá v c u trúc cellulose ầ ỡ ấ ở ộ ấ m t m c đ nh t ứ ộ ễ ướ ướ ạ c sau: i các vi s i c a biomass ợ ủ

ủ i h n t c đ quá trình th y phân. ủ ỉ đ nh. Quá trình th y phân di n ra theo các b ị ủ c 1ướ : Acid xâm nh p vào m ng l B ậ c 2ướ : Xúc tác quá trình th y phân B c 3ướ : Gi B ớ ạ ố ộ ằ ng pháp: 2.3.3.2. Các ph ủ ươ ệ ủ ng pháp x lí b ng acid ử ằ ồ ươ

a) Th y phân b ng acid đ c: Ph ạ ặ ằ ặ ồ Th y phân nguyên li u biomass b ng acid g m có 2 ph ủ ng pháp th y phân b ng acid đ c g m các giai đo n sau: ươ ể ạ

- Ti n th y phân đ lo i hemicellulose ủ - Th y phân cellulose - Th y phân oligosaccharide thành glucose ủ

ằ ệ ộ ở Quá trình th y phân b ng acid loãng là quá trình x lí hóa nhi t đ cao. Các acid đ ớ ồ nhi ế ủ ng pháp đ t đ th y phân cellulose ệ ể ủ c s d ng nh acid sulfuride, hydrochloric t đ 160ºC. Đây nhi ở 75- c cao t ng thu đ c s d ng ph bi n trong th c t ổ ế ươ ư 0.5-1.5% ng đ ườ ượ ệ ộ ượ ừ ượ ử ụ ộ ằ ủ ề ủ ủ b) Th y phân b ng acid loãng: ằ ử ủ và hemicellulose ượ ử ụ ho c acid nitric. Ti n hành th y phân v i n ng đ acid t ừ ộ ặ là ph do l ự ế 90% (Wooley và các c ng s , 1999, Sun and Cheng, 2002). ự c) Qui trình th y phân biomass 2 giai đo n ạ ủ ủ ề ể ạ ọ th ươ ạ Qui trình th y phân biomass 2 giai đo n là qui trình có nhi u tri n v ng và có tính ng m i cao. Đó là do: • Qui trình này s mau chóng đ c đ a vào các ho t đ ng th ng m i d a trên c s ượ ư ạ ự ạ ộ ươ ơ ở ph ng pháp s d ng acid loãng. ươ ẽ ử ụ • Quá trình phân tách h n h p th y phân hemicellulose và cellulose thu đ ợ ủ ượ ỗ t s n ph m cao. Vì các d ch th y phân đ ế ả ủ ẩ ị c s n ả ỗ c tách ra trong m i ng và đ tinh khi ộ ượ

ấ ộ • Năng l Quá trình x lí đ c th c hi n qua 2 giai đo n nh sau: l ượ giai đo n.ạ ượ ử ng tiêu hao cho toàn b quá trình th p. ư ượ ự ệ ạ h iơ n n cướ h iơ cướ acid

biomass lignin

acid bã

r aử Giai đo n đ ng hóa ạ ườ Giai đo n ti n th y phân ề ủ ạ

d ch th y phân ủ ị d ch th y phân ủ ị

2. T ng quan tài li u ệ

ổ

ệ Quá trình th y phân biomass có th th c hi n trong các bình ph n ng. Ph ể ự ả ứ ấ ệ ế 2.3.3.3. Thiết bị ủ ể ự t b khá thích h p cho ph ươ ế ị ủ ứ ằ ợ c t o thành. Thi ượ ạ ạ ng đ ng pháp ươ ề t có th th c hi n b ng cách cho dòng acid th m xuyên qua các c t nh i nhi u ồ ng pháp th y phân theo m . u đi m th nh t ấ t b này ít t o thành các s n ph m phân h y ủ ế ị t b ả ng l n. Đi m th 2, thi ể ộ ẻ Ư ể ẩ ứ ế ị ạ ượ ườ ớ ng ngay khi nó đ ế ấ ứ r n/ l ng khá cao. ớ ỉ ệ ắ ỏ ộ ế ị ự đ ch t c a l p không đ i. Dòng acid đ ữ ộ ả ứ ổ t b và đi qua các l p v i v n t c bé. Th i gian l u c a nguyên li u trong thi ư ủ ả ế ị t. Thi ngâm chi l p. Đây là thi ớ là lo i đ ạ ườ ng và các ch t c ch quá trình lên men, t o ra l đ ườ có th ho t đ ng v i t l ạ ộ ể Năm 1997 Torget và các c ng s phát minh ra thi t k nh m gi ặ ủ ớ ằ ế ế ờ ớ ậ ố ớ t b cho năng su t cao. S n ph m thu đ ng pháp ngâm chi ế ị ế ế ị t b ph n ng BSFT. Đây là thi t b c đ a qua ượ ư ắ t b ng n ế ị c có ượ ệ ả ấ ẩ ch y qua l p co. Thi ớ thi h n so v i ph ươ ơ hàm l ấ ượ ớ ng ch t phân h y th p ấ ủ

ằ ủ ấ ề Đ th y phân c u trúc cellulose nh t là cellulose tinh th c n có s tham gia c a nhi u ể ủ ủ ự enzyme (Schwarz, 2001). Cellulase là m t h enzyme khá ph c t p. 2.3.3.4. Th y phân b ng enzyme ấ ộ ệ ể ầ ứ ạ Cellulase bao g m 3 h p ph n c b n nh sau: endoglucanase, exoglucanase ư ầ ồ ợ ơ ả (cellobiohydrolase) và β-glucosidase (cellobiase). Cellulase ch đ ỉ ượ ổ c t ng h p khi t ợ ặ ủ ớ ự ế ể ậ ặ ứ ủ ụ ế ẩ ả ế ứ ẩ ỏ ị ụ ủ ả bào sinh v t phát tri n v i s có m t c a cellulose, cellobiose, lactose, sophorose ho c các glucan khác có ch a liên k t β–1,4–glycosidic ủ (Gratzali và Brown, 1979). Các s n ph m cu i c a quá trình th y phân c ch tác d ng c a ố ủ cellulase. Do đó trong quá trình th y phân ph i liên t c tách các s n ph m này ra kh i d ch ả th y phân. ủ ủ ứ ệ ặ ố ạ ộ ứ ự ả ứ ủ ử ử ươ ế ẽ ệ ử ộ ự ậ oxy tích đi n âm. Còn các nguyên t ự ủ ế ị ụ ủ ọ Trung tâm ho t đ ng c a enzyme cellulase ch a các g c amino acid đ c hi u. Trong ế khi đó cellulose ch a các liên k t glycosidic. B electron σ đóng vai trò phân c c liên k t. ộ ế oxy trung tâm gây ra m t s t p trung tích đi n trên Hi u ng c m ng c a nguyên t ệ ệ ứ cacbon k t h p v i oxy làm cho nguyên t nguyên t ớ ệ ế ợ ử ế ị ủ nó b khuy t electron nên s tích đi n d ng. S khuy t electron trong liên k t b th y ế ị quan tr ng quy t đ nh kh năng th y phân. Tác d ng xúc tác c a enzyme do phân là y u t ả ế ố s phân b electron quy t đ nh. ố ự ế ị 2.3.3.5. C ch quá trình th y phân biomass ơ ế ủ nhi c có ở ế ệ ộ ượ ả ẩ l ượ ủ ằ ơ ế ủ t đ 70ºC trong 1,5 ngày. S n ph m thu đ ệ c ch p nh n di n ra theo các ượ ủ ệ ễ ấ ậ b ướ Quá trình th y phân ti n hành ng glucose b ng 75-95% s g c glucose có trong nguyên li u. ố ố Hi n nay, c ch th y phân c a h enzyme cellulase đ ệ c sau: • Endoglucanase th y phân liên k t β-1,4-glycosidic trong vùng vô đ nh hình t o ra ủ ế ạ ị ầ ề ừ ầ ơ ị đ u không kh . ử β-glucosidase ti p t c th y phân cellobiose t o ra glucose. nhi u đ u không kh . ử • Sau đó exoglucanase c t các đ n v cellobiose t ắ • ạ ế ụ ủ

Hình 2.7: Quá trình th y phân cellulose b ng enzyme cellulase. ủ ằ

2. T ng quan tài li u ệ

ổ

ủ S ph i h p ho t đ ng c a các enzyme r t c n thi ế ủ ả t cho quá trình t ế ấ ầ ữ ế ậ ộ i u hóa quá trình ố ư ự ố ợ ng quan tuy n tính gi a kh năng k t tinh và t c đ th y phân th y phân. T n t ộ ủ ố ồ ạ (Fan và c ng s ). Kh năng k t tinh càng cao thì t c đ th y phân càng ch m. Vùng vô ộ ủ ố ự đ nh hình có t c đ th y phân g p 2 l n vùng k t tinh. ị ạ ộ i m i t ố ươ ả ố ộ ủ ế ấ ế ầ

nh h ế ố ộ ủ ế ố ả ộ Các y u t ế T c đ quá trình th y phân cellulose b ng cellulase ch u tác đ ng c a m t s các y u ộ ố ủ ộ ố ị t ố ng đ n t c đ quá trình th y phân ưở ủ ộ ự ư ế . Năm 2002, Lyn và c ng s đ a ra k t lu n nh sau: : đây là y u t • T l k t tinh ư ưở ế ố ỉ ệ ế ế ế ấ ế ẽ ặ ạ ằ ậ chính nh h ả ợ ớ ế ủ ạ ng đ n quá trình th y phân. Các m ch ủ cellulose có tính k t tinh cao, các s i cellulose liên k t r t ch t ch . Do đó s c n ẽ ả tr quá trình ti p xúc c a enzyme v i các m ch cellulose bên trong và làm gi m t c ố ả ủ ở đ quá trình th y phân. ộ • M c đ polymer hóa ứ ậ : m ch cellulose càng dài, t c đ th y phân càng ch m ố ộ ủ ộ

x p ph i đ l n cho các enzyme đi vào. ướ ủ ỗ ố • Kích th Kích th : h u h t các chu i cellulose b gi u trong các vi s i- y u t ớ ế ầ ợ ị ấ ộ ủ ề ặ ế ạ (Walker và c ng s , 1990). ộ ự c c a các l c l x p ướ ỗ ố : kích th ả ủ ớ x p càng l n quá trình th y phân càng nhanh. c l ủ ướ ỗ ố • B m t ti p xúc ỗ ề ặ ế tr s xâm nh p c a enzyme và gi ớ ạ ố ậ ủ ở ự i cho quá trình th y phân. l n thì càng thu n l ậ ợ ớ ế ố ả c n i h n t c đ th y phân. B m t ti p xúc càng ủ

Biomass ng d ng k thu t c đ nh ả ấ ậ ố ị ứ ụ ỹ t Hình 2.8: Quy trình s n xu t ethanol liên t c t ụ ừ bào n m ấ ế

2. T ng quan tài li u ệ

ổ

Tóm l : iạ ư ậ ầ ổ ứ ề các ngu n ph ph m nông ấ ệ ệ ụ ẩ ồ ồ ệ ố ớ ể ứ ệ i đ c bi ế ớ ặ ế ư ề ướ ấ t là t ừ ệ ủ t h n nh ng nh n đ nh, xu h c a đ tài này nhìn nh n t ừ ả ủ ậ ố ơ ề ề ữ ề ậ nhi u nhà nghiên c u cũng nh chính ph các n ị ế ụ ư ế ớ ướ ừ ữ ừ ế ầ c cũng nh th gi ữ ằ ậ ế ị ả ướ ứ ệ ơ ệ ả Nh v y, ph n t ng quan tài li u cho th y tình hình các nghiên c u v công ngh s n nghi p. Ngày ệ c quan ượ c. Vi c t ng quan tài li u giúp tác ệ ổ ng nghiên c u v ethanol ứ ướ i. T đó ti p t c phát tri n nh ng nghiên c u theo ể ứ ế ng đi đúng và h n ch nh ng sai l m trong nh n đ nh. Vi c th a k nh ng k t ệ ế ữ t c nh m hoàn thi n h n k t qu thu đ c là đi u c n thi ế ề ầ ượ ữ ệ ng ti p t c c i thi n ả ướ ề su t nhiên li u ethanol trên th gi nay, ngu n nhiên li u m i đ thay th nhiên li u truy n th ng đang ngày càng đ tâm t ệ gi nhiên li u trong n ệ nh ng h ạ ướ ữ qu c a nh ng nghiên c u tr ả ủ cho đ tài này. Do đó nh ng nghiên c u trong đ tài đi theo h ữ ề ế ụ ứ

c cũng nh theo nh ng đ nh h ướ ướ ư ữ ị ướ ơ nh ng nghiên c u tr ữ n ướ nhiên li u t ứ ở c ngoài nh m hoàn thi n h n v m t thông tin và công ngh vi c s n su t ethanol ấ r m. Nhi m v c th c a đ tài bao g m các n i dung c b n sau: ng c a các nghiên c u ủ ệ ệ ả ơ ả c trong n ệ ề ặ ụ ụ ể ủ ề ứ ằ ệ ừ ơ ệ ồ ộ

2. T ng quan tài li u ệ

ổ

1. Kh o sát quá trình x lý r m r ơ ế ị ạ ế ử đó so sánh v i quá trình x lý trên thiêt b nô h i châm tr ừ t b liên t c b ng h i n ơ ướ ụ ằ ị c áp su t cao có ấ c ướ ̉ ơ trên thi ớ ử ́ ̣ ả gi m áp đ t bi n (t ộ ả đây). 2. Nghiên c u nh h ứ ả ổ ơ ế ưở ủ c theo h ng c a quá trình n h i đ n hi u su t th y phân r m r b ng ạ ằ ệ ụ ng liên t c ủ ơ ở ả ơ ướ ướ ứ ữ ệ ấ enzyme cellulase trên c s c i thi n nh ng nghiên c u tr hóa quá trình th c hi n. ệ ứ ằ ế t 3. Nghiên c u kh năng th y phân r m r đã x lý b ng Enzyme Cellulase trên thi ạ ơ bào n m trong qua trinh lên men. ậ ố ị ử b liên t c kêt h p ng d ng k thu t c đ nh t ế ị ủ ụ ụ ấ ỹ ự ả ́ ợ ứ ́ ̀

3. TH C NGHI M Ự Ệ 1.6. Nguyên li uệ

ơ 1.6.1. R m ơ rạ: R m r s d ng trong nghiên c u này thu c gi ng “trâu n m” đ ứ ố ộ ạ ử ụ ệ ỹ ố ồ ủ ơ ệ ề i Trung tâm Nghiên c u Công ngh ượ ứ ứ ệ ộ ẩ c th c hi n t ự c ượ ằ l y t ả c b o xã Thái M , huy n C Chi, thành ph H Chí Minh. R m r đ ạ ượ ấ ừ ữ qu n trong đi u ki n khô ráo, đ m <12% trong vòng 6 tháng. Toàn b nh ng ộ ả thí nghi m nghiên c u đ ệ ệ ạ L c Hóa D u, ĐH Bách khoa HCM. ầ ọ

1.6.2. Enzyme: Enzyme đ ạ ượ ử ụ ấ ậ ả ố ỏ ớ ươ c xác đ nh theo ph ạ ị t đ làm vi c t ệ ố 1.7. Thi c s d ng là enzyme cellusoft L do công ty Novo Nordisk ậ – Đan M ch s n xu t. Cty Nam Giang 133/11 H Văn Huê, qu n Phú Nhu n, ồ c nuôi HCM phân ph i. Cellusoft L, có d ng l ng, màu nâu đ . Cellusoft L đ ượ ỏ ạ ng pháp lên men chìm v i ho t tính gi ng Trichoderma reesei b ng ph c y t ạ ằ ấ ừ ố bi u th 1500 NCU/g. Ho t tính NCU đ ng pháp phân tích ươ ượ ị ể oC, pH = 4,8. c a Novo Nordisk, AF 187,2. Nhi t nh t là 50 ấ ệ ộ ủ t ế b ị s ử d ngụ

1.7.1. Thi t b n h i c thi ế ị ổ ơ : Thi t b n h i đ ế ị ổ ơ ượ ế ế t k và ch t o nh m th c hi n quá ằ ế ạ ự ệ trình liên t c.ụ

c nóng có kh năng cài đ t và t ặ : H th ng c p n ệ ố ấ c nóng ệ ộ ự ấ c nóng cung c p ổ ng có th thay đ i ể 1.7.2. H th ng c p n ấ ướ ệ ố đ ng đi u ch nh nhi ỉ ề ộ oC, áp su t làm vi c t b i thi t b là 270 ấ ế ị ở 100ml/p – 1000ml/p b ng b m nh p li u c t đ ượ ừ ấ t đ và áp su t. Nhi ệ ố ơ ả ướ i đa c a n t đ t ủ ướ ệ ộ ố i đa 50bar, l u l ư ượ áp su t cao. ấ ệ ở ậ ằ

oC.

c làm ch t t i nhi ệ : B l c đi u nhi ể ắ ề ệ t : s d ng n ử ụ ướ ấ ả ệ Nhi t. tệ t 1.7.3. B l c đi u nhi ề ể ắ đ làm vi c 40 – 90 ệ ộ

2SO4 0,05M.

ắ ệ ỏ ệ ắ ỏ ầ ộ ộ ử ậ ộ ộ ử ụ Máy s c kí l ng hi u năng cao 1.7.4. Máy s c kí l ng hi u năng cao (HPLC): ậ (HPLC) SHIMADZU (Đ u dò RID – 10A; B m cao áp LC – 20AD; B ph n ơ tách khí DGU – 20 A3; B ph n lò c t CTO – 20A; B x lý và máy in C – ộ R8A; C t s d ng phân tích là SUGAR SH101, 8mmID×300mml). Pha tĩnh là coopolymer c a styrene divinylbenzene, pha đ ng dung d ch H ộ ị t trùng y t ủ ế ệ

ồ ồ ầ

ậ

• N i h p ti ồ ấ • Kính hi n vi. ể • Bu ng đ m h ng c u ế • Máy đo pH 220K METTER TOLEDO • Máy s c oxy ụ • Máy ly tâm MIKRO 120 • Cân phân tích • Cân k thu t Shimadzu BX420H, max 420g ỹ • T s y ủ ấ • Lò nung 1.8. Các ph ng pháp s d ng trong nghiên c u ươ ử ụ ứ

oC trong vòng 8 gi

3. Th c nghiêm

ệ ệ ả ợ 1.8.1. Phân tích nguyên li u và s n ph m n h i ổ ơ ẩ Nguyên li u và s n ph m sau n h i đ ẩ ể ả ổ ơ ượ ấ ệ ả ủ ư ị c phân tích thành ph n s i (béo, trích ly, ầ hemicellulo, cellulo, lignin) đ xác đ nh hi u su t cũng nh đánh giá hi u qu c a quá trình ệ n h i. ổ ơ Nguyên li u đ ố ượ 105 c cân chính xác v i kh i l ệ ớ ượ ng chính xác m i kh i l . Cân l ạ ố ượ ng m 1 2. Đ mộ ẩ ờ Phân tích hàm m: ẩ s y ủ ấ ở c tính theo công th c sau: 1.8.1.1. sau đó cho vào t c a r m r đ ạ ượ ủ ơ ứ

1.8.1.2. Nguyên li u đ Phân tích thành ph n béo: ỏ ệ ầ ượ ấ ẫ l ị ẩ ệ ượ ớ ỷ ệ ẫ ặ ứ ỏ s y ủ ấ ở ờ ấ i kh i l ố ượ c s y khô đem nghi n nh và ề ng GFF và ố ượ 1:2. Cho vào bình oC) oC trong vòng 8 ngượ Tính l t đ 105 ệ ộ ạ nhi ủ ơ rây qua rây 250µm. Cân 10g m u cho vào Glass fiber filter (GFF), cân kh i l m u đ c W’1.Chu n b 300 ml h dung môi Ethanol/Benzene v i t ẫ c u có dung tích 500ml. Đ t GFF có ch a m u vào soxhlet. Đun sôi trong dung môi (80 ầ kho ng 6 gi ấ ả gi . Cân l ờ ạ ch t béo đã tách ra: ấ Phân tích thành ph n NDS (thành ph n trích ly): ầ ấ . L y GFF ra kh i soxhlet, s y trong t ng GFF, W’2 = (các thành ph n khác c a r m r + GFF). ầ W’ = W’1 – W’2 ầ ỏ 1.8.1.3. ượ ề ầ ấ ị

oC trong vòng 8h sau đó cân kh i l

ử ễ ằ t đ 105 nhi ị ấ ở ơ ợ ệ L y 0.5g nguyên li u c s y khô và nghi n nh cho vào bình c u. L y 100ml dung d ch NDS, 2ml (m1) đ ấ ọ decahydronaphtalene và 0,5g natri sulfite sau đó đun sôi tu n hoàn trong vòng 60 phút. L c ầ c sôi (vài l n) và acetone (2 dung d ch b ng ph u Gooch Crucible, sau đó r a b ng n ầ ướ ằ ng crucible l n). S y khô Crucible ố ượ ệ ộ ầ (W1). W1 = x s i (cellulose + cellulose + lignin) + tro + crucible Nung Crucible trong lò nung (500 → 5500C) trong 3 gi i kh i l ờ ố ượ ố ượ , sau đó cân l ng ạ ng x s i: x s i (cellulose + ơ ợ ơ ợ

0C đ nế 105 ấ ề ố 3).Cho m u vào c c i (m ng m u và ghi l ẫ ạ 0C trong 3 gi , sau đó cân 500 – 550

3. Th c nghiêm

Cân chính xác 1g m u khô m Crucible (W2) W2 = tro + crucible. Tính kh i l hemicellulose + lignin) = W1 – W2. ầ ẫ 1.8.1.4. ầ ầ ớ ử ễ ằ ọ ợ c r a không màu. S y khô Crucible ướ 105 ử ằ ỗ ế ấ Phân tích thành ph n ADS (hemicellulo): 2 cho vào bình c u cùng v i 100ml dung d ch ADS, 2ml decahydronaphtalene. Đun sôi tu n hoàn ị c sôi 2 l n. trong vòng 60 phút. L c h n h p b ng ph u Gooch Crucible, r a bã b ng n ầ ằ oC, sau 8h, Sau đó r a b ng acetone đ n khi n ở ướ ử cân kh i l ng bã W4. W4 = cellulose + lignin + tro + crucible. ố ượ 3.3.1.5. Phân tích thành ph n ADL (lignin): S i sau khi s lý ADS đ ử ượ ầ 2SO4 72% nhi u l n, ph n còn l ề ầ ầ c r a k v i n ỹ ớ ướ ầ 105 ợ cellulo b ng dung H ạ ằ lignin và tro trong trong ph n ADS. Bã sau đó đ ượ ử oC trong vòng 8 gi , sau đó cân l khô crucible trong t ờ s y ủ ấ ở ố ượ c hòa tan i không tan trên Gooch Crucible là c sôi nhi u l n. S y ấ ề ầ ng crucible W5: oC, trong 3 t đ 500 – 550 i kh i l ệ ộ i crucible: W6 = tro + crucible . Cân l ạ ạ W5 = lignin + tro + crucible. Đun crucible trong lò nung, nhi gi ờ 3.3.1.6. Phân tích tro: Cân 1g m u đã qua nghi n nh , rây, s y khô ẫ ỏ ở ố ượ ẫ ở ờ ng không đ i. Cân chính xác kh i l ố ượ 4. Đem c c nung ố ố i kh i l kh i l ổ ng c c nung m nung và cân kh i l ố ượ 5) ng c c (m l ố ố ượ ạ Tính toán các thành ph n trong phân tích s i ợ ầ

2SO4 0,05N đ ế

ộ ườ 1.8.2. Phân tích n ng đ dung d ch đ ồ Dung d ch đ dung d ch th y phân hay lên men đ ng ị ị ườ ủ ị c t ượ ừ ị ng gluco thu đ ộ ng chu n đ t 98% c a WAKO v i các n ng đ t gluco tinh khi c pha t ườ ồ ượ ọ ủ ầ ế ộ ườ c phân tích ượ c l c qua màng l c 0,45µm. ọ ộ ừ ừ ớ ng chu n gluco có th xem thêm t i ph n ph l c). Ch đ phân tích ạ ụ ụ 0C, ch đ dòng 1ml/phút. t đ RID 40 ể 0C, nhi b ng máy HPLC. Pha đ ng là dung d ch H ằ Dung d ch đ ẩ ị 0,1g/l – 1,5g/l (đ đ ượ ượ ẩ ệ ộ ệ ộ ế ộ ng khác nh xylose, arabinose, galactose, mannose, cellobio cũng đ c gi ữ ư Các lo i đ t đ oven 60 ư ẩ ủ ấ c ượ ạ ườ ng phân tích v i các ch đ ch y máy nh đ i v i gluco. Hóa ch t chu n c a các lo i đ ư ố ớ t c a WAKO. này đ ế ộ ạ hóa ch t tinh khi ấ ế ủ nh sau: nhi ạ ườ ớ c l y t ượ ấ ừ

ướ ứ ứ ữ ấ 1.8.3. H ng nghiên c u Nh ng nghiên c u trong báo cáo này xoay quanh 3 v n đ chính: 1. Kh o sát quá trình x lý r m r trên thi ề t b liên t c b ng h i n ụ ằ ế ị ử ạ ơ ơ ướ c áp su t cao có ấ ả ả ế gi m áp đ t bi n. 2. Nghiên c u nh h ộ ứ ả ổ ơ ế ưở ủ c theo h ng c a quá trình n h i đ n hi u su t th y phân r m r b ng ạ ằ ệ ụ ng liên t c ủ ơ ở ả ơ ướ ướ ứ ữ ệ ấ enzyme cellulase trên c s c i thi n nh ng nghiên c u tr hóa quá trình th c hi n. ệ 3. Nghiên c u kh năng th y phân r m r tế ạ đã x lý b ng Enzym ằ bào n ỹ e Cellulase trên thi ấm trong qua trinh lên men. ́ ̀ ơ ậ ố ị c trình bày nh s đ sau: ự ử ả ng d ng k thu t c đ nh t ụ kêt h p ế ứ ́ ợ làm thí nghi m đ ư ơ ồ ệ ủ ụ ượ ứ b liên t c ị Trình t ự

nguyên li uệ

Ti n x lý (n h i) ề ử ổ ơ

ủ

Th y phân riêng tệ

Nấ m men

Th y phân liên t c ụ ủ Enzy me

3.3. Th c nghi m ự ệ ị ộ ẩ ệ ầ ứ ổ ơ Theo các k t qu nghiên c u tr ế ướ ng pháp n h i 3.4.1. Xác đ nh đ m nguyên li u ban đ u 3.4.2. Kh o sát quá trình n h i: ẻ ả ươ ạ ả ươ ng pháp n h i theo m , gián đo n, ph ư ổ ề ệ c đây c a ủ ổ ơ nhanh cho ẽ t đ n h i chúng tôi v i ph ớ t v i 70% m và th i gian l u là 2ph. Trong khuôn kh đ tài này, chúng ta s ả t hi u qu ố ớ đi sâu kh o sát nh h ế ả ả ẩ ưở ủ

ệ ộ ế ộ ệ ộ ế ồ ầ ổ ơ ờ ủ nhi ưở ưở c và sau n ệ ộ ổ ơ đ n quá trình th y phân. ng c a nhi ủ ng c a nhi ủ ổ t đ đ n đ thu h i bã n h i ổ ơ t đ đ n thành ph n bã n h i ổ ơ ng Cellulose nguyên li u tr ướ ượ ệ ổ

3. Th c nghiêm

ưở ủ ủ ả ế ộ ổ ơ ế c đem đi th y phân đ n t n cùng. Các thông s c a quá trình thu ố ủ c đây: Nhi ng c a 3.4.3. Kh o sát nh h ả ả 3.4.4. Kh o sát nh h ả ả 3.4.5. Kh o sát s bi n đ i hàm l ả ự ế h iơ 3.4.6. Kh o sát nh h ả Bã sau n h i đ ổ ơ ượ c l a ch n là t ọ ố ng c a các ch đ n h i đ n quá trình th y phân ủ ấ ừ ệ ộ ủ ướ ứ ượ ự ủ ế ậ nh ng nghiên c u tr ỷ ệ t nh t t ỷ ệ ủ ờ . K t thúc quá trình th y phân, m u đ ế ờ ỷ t đ th y phân = enzyme = 2%; Th i gian th y phân = 48 ằ c l y ra đem đi phân tích n ng đ glucose b ng ồ ữ bã = 5% ; T l ẫ ượ ấ ủ ộ phân đ 500C; pH th y phân = 4,8; T l gi máy HPLC. ả ồ ồ ủ l ứ ủ ị 3.4.7. Xây d ng gi n đ n ng đ Gluco – % Enzym – th i gian th y phân ẩ …, 1,75%, 2%; Nhi ủ các m c th i gian: 1h, 2h, …, 10h; sau đó m u đ Ti n hành l y m u c phân tích ờ ộ ự Chu n b 20 m u th y phân ng v i t Enzym khác nhau t ừ ớ ỷ ệ ẩ 0C; pH th y phân = 4,8; T l t đ th y phân = 50 ỷ ệ ệ ộ ủ ờ ẫ ở : 0,1 %, 0,25%, 0,5%, bã = 5% . ượ ẫ ố ấ n ng đ glucose b ng máy HPLC. ồ ế ộ ằ

3. Th c nghiêm

4. K T QU VÀ BÀN LU N Ậ Ả Ế

ệ 1.9. Thành ph n nguyên li u tr ầ Nguyên li u đem đi phân tích theo ph ng pháp đã trình bày c n h i ướ ổ ơ ươ ệ ở ụ m c trên. K t qu phân ế ả tích thành ph n nh sau: ầ ư

Cellulose Hemicellulose ng(%) Hàm l 37,87 Tro 10,69 ấ 22,49 Thành ph nầ ượ B ng ả 2: Thành ph n nguyên li u r m tr 21,67 ầ Lignin 5,07 ệ ơ

Resin Ch t trich ly 1,32 c n h i ướ ổ ơ Ch t trich ly ấ 22.49 %

Resin 1.32 %

S li u thành ph n c a r m r ứ

Cellulo 37.87 %

Tro 10.69 %

xã Thái M , n u s ệ ở ổ ề ạ ầ ủ ơ ố ệ ồ ng ng v i ngu n trên ch t ớ ỉ ươ ở ỹ ế ử nguyên li u ệ ở d ng ngu n nguyên li u các vùng ồ ụ khác thì s có s thay đ i tùy vào ự ẽ đi u ki n, đ t đai v.v… ấ ượ ơ ng Cellulose c a R m ủ ệ Hàm l là 37,87 %

Hemicellulo 21.67 %

Lignin 5.07 %

ầ ̉ ̀ 1.10. Quá trình n h i ổ ơ tr Hình 4.9: Biêu đô thành ph n nguyên li u r m ệ ơ c n h i ướ ổ ơ

c đây 1.10.1. N h i ch m ổ ơ ậ T k t qu c a nh ng nghiên c u tr ữ ả ủ ừ ế ử ướ ậ ế ể ủ ử ụ ặ ệ t đ n h i = 210 , ta có: ứ • Quá trình x lý n h i ch m là c n thi ầ ổ ơ ng có kh năng lên men đ c bi ườ c l a ch n: Nhi ọ ế ộ ổ ơ ợ ả ượ ự t đ làm tăng kh năng th y phân ả t khi s d ng enzyme. 0C ; Đ m = ộ ẩ ệ ộ ổ ơ cellulose thành đ Ch đ n h i h p lý đ 95,2%.

ọ ự

• Các thông s ch n l a trên tiêu chí c c đ i n ng đ c n c a quá trình th y ủ ộ ồ ủ ự ạ ồ 0C; pH th y phân = 4.8; T l ỷ ệ t đ th y phân = 50 ủ enzyme = 2%; Th i gian th y phân = 48 gi Đ i v i r m : C đ t đ . ờ Glu = 3,6% ạ ượ ộ ủ ố ớ ơ ệ ố ớ : Đ i v i ể ầ ố phân b ng enzyme là: Nhi ằ ệ ộ ủ bã = 5%; T l ỷ ệ ờ o N ng đ glucose c kho ng: ả o Đ chuy n hóa Cellulose nguyên li u ban đ u thành Glucose

ộ ả ả ế ờ ầ ng n ượ ề ề ng pháp này không th ti n hành n ồ ộ r m: H = 69,2% ơ ổ ơ ậ ặ ộ ẩ ể ấ ể ế ươ Khi ti n hành n h i ch m, c n ph i m t m t kho ng th i gian dài đ truy n nhi ấ c nóng lên. M t khác l ướ ơ ơ ượ ế ạ ơ

ụ ộ ơ ằ ng cho gia nhi ễ ệ ố ượ ệ ạ ấ c s d ng l n là th i gian th c hi n quá trình b kéo dài. Đây là m t c n tr l n đ t ệ c s d ng cho quá trình này là r t nhi u so v i ớ ướ ử ụ ổ ng r m cho vào (đ m trên 95%). Đ i v i ph ố ớ ề c truy n ẽ ị t đ ệ ộ ờ ng ượ ể ự ị c a quá trình n h i ch m. cho n l ượ h i khi r m r chi m trên 10% vì r m s b than hóa c c b do nhi t không đ ệ ơ t b lâu nên nhi vào trong. Quá trình này di n ra ch m và th i gian r m n m trong thi ế ị ậ t trong n h i do l n h i th p. Bên c nh vi c t n quá nhi u năng l ề ổ ơ ổ ơ n ở ớ ộ ả ệ ờ ướ ử ụ t b và tính kinh t nâng cao năng su t thi ế ủ ế ị ổ ơ ớ ấ ậ

4. Kêt qu và bàn luân

ả

t đ cao đ ệ ộ ượ ở c đi m n h i nhanh ổ ơ ể ệ ộ ằ ệ ộ ả ế ộ ỏ ạ ế ắ ỗ 1.10.2. N h i nhanh ổ ơ Nh ng nh c nghiên c u nh m kh c ph c ụ nhi ắ ữ ượ ứ ế ng đ n h n ch trên. Nhi t đ nh h t đ liên quan đ n áp su t h i bão hòa do đó nhi ưở ấ ơ ế ạ kh năng c t nh m ch cellulo. Th i gian l u khi ti n hành m i ch đ là 2 phút.V i các ớ ư ả thí nghi m này, hàm m c tiêu là m c đ xé nh (m c đ r i r c) các bó s i cellulo. ụ ợ ỏ M t s hình nh ngo i quan c a bã n h i theo nhi t đ sau đây: ệ ộ ố ổ ơ ạ ả ứ ộ ờ ạ ệ ộ ế ờ ứ ộ ủ

́ ̣

0C  2400C.

các nhi ạ ổ ơ ở ệ t Nh n xét: ậ •Khi n h i nhi ổ ơ ở ề ớ ờ ạ ề ả Hình 4.10: R m r n h i ơ đ khác nhau ộ 0C các s i cellulo v n còn có chi u dài l n, b k t i 220 ị ế ẫ ợ búi không r i r c. Đi u này s gây khó khăn cho các quá trình sau v kh năng ẽ khu y tr n cũng nh nh p li u. ệ ấ ộ t đ th p d ệ ộ ấ ướ ề ư ậ Tóm lai, quá trình n h i do đó ph i c t nh đ ỏ ượ ả ắ ổ ơ ệ ấ ầ c các s i cellulo. D a vào đánh giá ợ ổ ộ ờ ạ ự ả ế ̣ ́ ̣ t đ t : c m quan và môt sô tài liêu cho th y, nguyên li u có đ r i r c cao c n ph i ti n hành n ả h i v i nhi ơ ớ ệ ộ ừ Đ i v i r m : 220 ố ớ ơ

1.10.3. nh h Ả ưở ng c a nhi ủ ệ ộ ổ ơ ế ộ t đ n h i đ n đ thu h i nguyên li u sau n h i ổ ơ ồ ệ

nh h

Ả

ưở

ng c a nhi t đ đ n hi u su t thu h i ồ

ệ ộ ế

ủ

ệ

ấ

Hi u su t thu h i (%)

ồ

ệ

ấ

70

65

60

55

50

45

40 Nhiệt độ (0C)

215

220

225

230

235

240

245

Hình 4.11: Đ th quan h gi a nhi ệ ữ ồ ơ ệ ồ ị  Khi nhi ấ t đ và hi u su t thu h i r m ệ ộ ấ ồ ả . t ệ đ tộ ăng cao, hi u su t thu h i gi m ệ

t đ n h i đ n hàm l ng Cellulose nguyên li u sau ưở ng c a nhi ủ ệ ộ ổ ơ ế ượ ệ 1.10.4. nh h Ả n h i ổ ơ

nh h

ng c a nhi t đ đ n hàm l

ng Cellulose

Ả

ưở

ượ

ủ nguyên li u sau n h i ổ ơ

ệ ộ ế ệ

Hàm l

ng Ce ll

Nhi t đ (

ệ ộ 0C)

ượ bã (%) 55 53 51 49 47 45 43 41 39 37 35

215

220

225

230

235

240

245

4. Kêt qu và bàn luân

ả

Hình 4.12: Đ th quan h gi a nhi t đ và hàm l ệ ữ ồ ị ệ ộ ượ ng Cellulose bã r m n h i ổ ơ ơ

́ ̣

 Khi nhi t đ n h i tăng, hàm l ng t i 230 ăng lên. 0C, % Cell = 53,10

ệ ộ ổ ơ o Hàm l ượ  Ti p t c tăng nhi ệ ổ ng Cellulose có khuynh h ượ ị ự ạ R mơ , t ng Cellulose đ t giá tr c c đ i: ạ t đ nô h i, hàm l ng Cellulose gi m d n. ̉ ơ ướ ạ ầ ế ụ ượ ả

60 % Cell trong ba ̃ nô ̉ h iơ

50

40

30

53.1

42.56

20

10

0 Trấu sau nô ̉ hơi

Rơm sau nô ̉ hơi

Hình 4.13: Biêu đô so sánh % Cell c a bã Trâu va R m sau nô h i. ̀ ơ ̉ ơ ủ ̉ ̀ ́

ư ̉ ̀ ả ơ ướ ỡ ́ ̣ ́ ̉ ́ ̉ ơ ữ ̀ ớ ́ ̉ ́ ậ ợ ẽ ị ủ ạ ̣ ̀ ̀ ̣ ̉ ̀ ơ ́ ̀ i điêu này nh sau: quá trình nô h i (steam – explosion) là quá Chúng ta có thê lý gi ủ trình vât lý s d ng h i n c áp suât cao đê phá v câu trúc v ng chăc lignocellulose, ch ử ụ ơ yêu đê phá b l p lignin và hemicellulose. Ngoài ra, thành phân l p silica hay các chât vô c ỏ ớ ủ i cho quá trình th y cũng s b phá h y môt phân trong quá trình này, t o điêu kiên thu n l ̉ ơ đã làm gi m ả đáng kê các thành phân không mong phân và lên men. Nh vây quá trình nô h i ư ̣ muôn nh lignin, hemicellulose, các thành phân vô c v.v…T ừ đó làm tăng thành phâǹ ư Cellulose. ̣ ́ Khi tăng nhiêt ̣ đô c a quá trình nô h i, ̣ ủ ị ị ̉ ơ ị ́ ̣ ́ ̉ ơ đô chênh áp bên trong thiêt b và bên ngoài t ỡ ạ ơ ẽ ơ ờ ồ ị ́ ̉ ư ậ ầ ố ăng, câu trúc lignocellulose b tác đông phá v m nh m h n, câu trúc sau nô h i b “bung” ra tôt ́ ầ h n, câu trúc lignocellulose càng m n h n. Đ ng th i kha năng hòa tan các thành ph n ơ không mong mu n nh lignin, hemicellulose cũng tăng. Vì v y ph n trăm Cellulose tăng d n.ầ i gi m d n. Do ầ Nh ng khi nhi t đ cao, lignin b kêt t và tái phân bô l ư ệ ộ t đ n h i ti p t c tăng quá cao, hi u su t Cellulo l ạ ư ́ ạ ấ ̉ ơ ả ị ị ̀ ở i trên x nô h i, hâu nh ít b hòa tan theo ng Cellulose b hòa tan càng nhiêu. ệ ơ ượ ̉ ơ ị ̣ ̣ ̀ ệ ộ ổ ơ ế ụ nhi ́ ụ d ch nô h i [7]. Ngoài ra, khi nhiêt đô càng cao, hàm l ị ăm Cellulose s gi m dân. Vì vây, phân tr ẽ ả ̣ ̀ ̀

0C, % Cell = 53,10. ng phap nô h i nhanh, ta tiên hanh khao sat qua trinh

Tom lai: ́ ̣ •Quá trinh tiên x ly la cân thiêt cho nguyên liêu vi lam tăng % Cell va lam t i xôp câu ử ơ ̀ ̀ ́ ̀ ̀ ́ ̣ ̀ ̀ ̀ ̀ ́ ́ truc s i Cell thuân l i cho qua trinh thuy phân. ́ ợ ̣ ợ ́ ̀ ̉ ̉ ử ợ ̉ ̀ ̣ ́ ́ ̉ ̀ ́ ́ ̣ oQuá trinh nô h i nhanh cho hiêu qua x ly co thê xem la thich h p nhât cho hiêu qua thu hôi Cell sau nô h i la: ̀ R mơ , t ̀ i 230 ươ ̉ ơ ̉ ́ ̣ ̣ ̉ ́ ́ ̀ ̉ ́ ́ ̀ ̉ ơ ̉ ơ ạ •Đê đanh gia m c đô hiêu qua ph ́ ứ thuy phân Cell thanh Gluco. ̉ ̀

4. Kêt qu và bàn luân

ả

xác đ nh hi u qu c a quá trình là: n ng đ ủ ủ ả ủ ệ 1.11. Quá trình th y phân Đ i v i quá trình th y phân, 3 y u t ế ố ệ ộ ủ glucose, hi u su t t o thành glucose (hi u su t th y phân bã sau n h i và hi u su t th y ấ ố ớ ệ ấ ạ ổ ơ ị ủ ồ ấ ệ

́ ̣

ệ ầ ể t b n h i nhanh so v i thi ế ị ổ ơ ủ ệ ớ c đây. ầ ậ ủ ộ ổ ơ ượ ế c phân tích b ng HPLC. K t qu thu đ ra trong dung d ch đ ệ phân tính trên nguyên li u thô ban đ u) và kh năng chuy n hóa Cellulo trong nguyên li u ả thô ban đ u thành Gluco. T đó đánh giá hi u quà c a thi ế ị t b ừ n h i ch m tr ướ ổ ơ Nguyên li u sau n h i đ ệ ị c đem ti n hành th y phân hoàn toàn. N ng đ Gluco t o ạ ượ ồ c nh sau: ư ượ ế ả ằ

t đ n h i đ n hi u su t th y phân nguyên li u sau ưở ng c a nhi ủ ệ ộ ổ ơ ế ủ ệ ệ ấ 1.11.1. nh h Ả n h i ổ ơ

Ả

ưở

ấ ủ

ủ

ơ

nh h ng c a nhi t đ đ n hi u su t th y phân r m sau n ổ ệ ộ ế ệ h iơ

ệ

ấ ủ ấ

Hi u su t th y phân bã tr u (%) 90

Nhi t đ (

ệ ộ 0C)

215

220

225

230

235

240

245

Hình 4.14: Đ th quan h gi a nhi ệ ữ ồ ị ệ ộ t đ và hi u su t th y phân bã r m n h i ổ ơ ủ ơ ệ ấ

1.11.2. nh h ệ ộ ổ ơ ế t đ n h i đ n hi u su t thu h i Glucose tính trên ấ ồ ệ ng c a nhi Ả ủ ưở nguyên li u ban đ u ầ ệ

nh h

Ả

ưở

ủ

ệ ộ ế

ồ

ấ

ng c a nhi t đ đ n hi u su t thu h i Gluco ệ tính trên nguyên li u r m ban đ u ầ ệ ơ

ệ

ấ

Hi u su t thu h i Gluco (%) ồ

Nhi t đ

ệ ộ 0C

215

220

225

230

235

240

245

4. Kêt qu và bàn luân

ả

Hình 4.15: Đ th quan h gi a nhi ệ ữ ồ ị t đ và hi u su t thu h i Gluco tính trên nguyên ồ ệ ấ li u r m ban đ u ệ ộ ệ ơ ầ

́ ̣

1.11.3. nh h t đ n h i đ n kh năng chuy n hóa Cellulose trong ệ ộ ổ ơ ế ể ả Ả nguyên li u ban đ u thành Gluco ng c a nhi ủ ưở ầ ệ

nh h

ng c a nhi t đ n h i đ n kh năng chuy n hóa Cellulose trong r m

Ả

ưở

ủ

ơ

ể

ả nguyên li u ban đ u thành Gluco

ệ ộ ổ ơ ế ệ

ầ

Hàm l

ng Cell nguyên li u

ệ

ượ chuy n hóa (%)

ể

Nhi t đ (

ệ ộ 0C)

215

220

225

230

235

240

245

Hình 4.16: Đ th quan h gi a nhi ệ ữ ồ ị ệ ộ ả ầ D a vào đ th trên ta có nh ng nh n xét nh sau: t đ và kh năng chuy n hóa Cellulose trong ể nguyên li u r m ban đ u ệ ơ ữ ậ ư ủ ồ ị ệ ộ ổ ơ ấ ệ ủ ệ ấ ự Khi nhi ệ ả ể

ệ ộ ủ ế ị ổ ơ ị ơ ỡ ạ ị ố ơ ấ ề ấ ơ i cho Enzyme xâm nh p th y phân Cellulo d dàng và đ t hi u qu cao h n. t đ n h i tăng, hi u su t th y phân bã, hi u su t th y phân tính trên 1. nguyên li u thô và kh năng chuy n hóa Cellulo thành Gluco tính trên Cellulo nguyên li u ệ thô đ u tăng. ề  Khi tăng nhi t b và bên ngoài t đ c a quá trình n h i, đ chênh áp bên trong thi ộ ổ ơ ị tăng, cho c u trúc lignocellulose b tác đ ng phá v m nh h n, c u trúc sau n h i b ộ ấ “bung” ra t ệ t h n, c u trúc lignocellulose càng m n h n. Đi u này t o đi u ki n ề thu n l ậ ợ ạ ả ủ ệ ễ ậ ạ ơ

t nh t cho quá trình th y phân nh sau: ư ủ 2. Ch đ n h i t ạ ế ộ ổ ơ ố o R m ơ T i 230 ệ ộ ể ệ ấ ủ N ng đồ ộ Gluco(%) Hi u su t th y phân tính trên nguyên li u thô (%) ệ Đ chuy n hóa CellNL Gluco (%)

ấ 0C Hi u su t ấ th y phân bã ủ (%) 85,6 4,28 48,77 81,19

Khi tăng nhi ộ ả ủ ấ đi rõ r t. ệ Đi u này phù h p v i nh ng gi ả t ệ đ lên trên các giá tr t ề ệ ữ ớ ở t ệ đ n h i lên trên các giá tr này, trong môi tr ề ự ộ ổ ơ ườ ộ ị  i u này, hi u su t thu h i và ồ ị ố ư ủ thích c a hi u qu th y phân cũng kém ợ ệ Tanahashi v s tái polyme hóa lignin gây c n tr quá trình th y phân cellulo. H n n a khi ữ ơ ủ ả ị ng acid m t ph n cellulo cũng b tăng nhi ầ th y phân thành gluco và nhanh chóng chuy n thành HMF làm gi m hi u su t quá trình. ể ủ ệ ấ ả

4. Kêt qu và bàn luân

ả

ị ố ư ệ ộ ộ ấ t đ th p h n các giá tr t t đ và ơ ệ ộ ấ ể ủ i x p c u trúc Cellulo, Enzyme khó khăn xâm nh p đ th y ơ ố ấ i u trên, tác đ ng nhi ậ  Khi nhi áp su t không đ l n đ làm t ể phân Cellulo vì v y hi u su t quá trình không cao. ủ ớ ậ ệ Nguyên li u R m cho n ng đ Gluco và hi u su t th y phân toàn b đ u t t ộ ề ố ủ ệ ệ ấ ộ ơ ấ ồ

́ ̣

%

100 Rơm

Trấu

80

60

40

20

0

N ng đ ộ

ồ

ệ

ộ

ể

Hi u su t th y ấ ủ ệ phân bã

Đ chuy n hóa Cell NL thà nh Gluco

Hi u su t th y ấ ủ phân tính trên nguyên li u thôệ

Hình 4.17: Đ th so sanh hiêu qua qua trinh thuy phân gi a trâu va r m sau nô h i ̉ ơ ồ ị ̀ ơ ữ ́ ̣ ̉ ́ ̀ ̉ ́

c đây trên thi ố ệ ừ ứ ậ ư ậ ấ Nh v y, so v i các s li u t ớ ế ị ổ ơ ữ ệ ế ị ổ ơ t b n h i ả ăng chuy n hóa ể ế ị ổ ơ t b n h i ằ ượ c ti n x lý b ng thi t h n khi nh ng nghiên c u tr 3. ướ t b n h i nhanh cho hi u quà th y phân t t h n. Kh n ch m, ta th y thi ố ơ ủ c ti n x lý b ng thi Cell trong nguyên li u thành Gluco khi nguyên li u ệ đ ử ề t b n h i ch m. nhanh t ậ ế ị ổ ơ ệ ượ ề ử ố ơ ằ đ

Nồng độ Gluco (%)

Đ ộchuyển hó a Cell Nl thà nh Gluco (%)

%

80

60

40

20

0 N h i ch m

N h i nhanh

ổ ơ

ậ

ổ ơ

Hình 4.18: Đ th so sanh hiêu qua qua trinh thuy phân cua r m nô h i băng ph ồ ị ̉ ơ ươ ng ́ ̣ ̉ ́ ̀ ̉ ̀ ̉ ơ phap nô h i châm so v i nô h i nhanh ̉ ơ ̉ ơ ớ ́ ̣

4. Kêt qu và bàn luân

ả

i thích nh sau: ư Có th đ  c gi t b n h i nhanh cho phép thao tác nh ng ch đ nhi ớ t đ cao h n so v i ơ ở ữ ệ ộ ế ộ ậ  ̉ ơ ế ẩ ờ ́ ả ể ượ Thi ế ị ổ ơ n h i ch m. ổ ơ Vi c kh ng ch hàm m và th i gian l u khiên quá trình nô h i chính xác và có ư ệ hiêu qua h n. ố ̉ ơ ̣

́ ̣

K t lu n quá trình n h i ổ ơ Nh v y so v i quá trình n h i ch m, n h i nhanh có nhi u u đi m h n: ớ ậ ế ư ậ : ổ ơ ề ư ổ ơ ể ậ ơ

u đi m: Ư ể t b lên g p nhi u l n. ề ầ ế ị ấ ấ ắ c chi phí năng l ng vì l ổ ơ ượ ượ ổ ơ ượ ể ẩ ớ ộ ậ •Nhi c rút ng n giúp tăng năng su t thi ử ụ ư ổ ơ ộ ơ ố ủ ắ i x p c a cellulo đ ng th i c t ng n ồ ờ ắ ổ ơ i cho các quá trình sau. t đ ti n hành n h i cao nên nâng cao đ t ậ ợ ạ •Hi u su t quá trình th y phân cao h n. •Th i gian n h i đ ờ •Ti t ki m đ ng m s d ng ít h n (n h i nhanh có th ơ ượ ệ ế ti n hành v i đ khô >30% thay vì 5-10% nh n h i ch m). ế ệ ộ ế các s i cellulo t o thu n l ợ ấ ệ ủ ơ

ạ t b cao h n. nhi ổ ơ ở ơ c nóng. ế ị t b c p n ế ị ấ ướ H n ch : ế ế ứ ạ ệ ộ ả t b đòi h i chi phí thi ế ị ỏ t b n h i và thi ế ị ổ ơ t đ khá khó khăn. ế ề

ồ ờ ứ •Ti n hành n h i t đ cao nên thi •Ph c t p hóa thi t b vì ph i tách r i thi ờ ế ị •Thao tác, đi u khi n kh ng ch nhi ệ ộ ố ể 1.12. Quá trình th y phân – lên men bán liên t c ụ ủ T nh ng nghiên c u tr ủ ừ ề ư ệ ủ c đây, quá trình th y phân và lên men đ ng th i th hi n ể ệ ướ t : nhi u u th so v i quá trình th y phân và lên men riêng bi ủ ả ng và n ng đ c n sinh ra nhi u h n. ứ ồ c kh năng c ch enzyme c a glucose. ơ ề ộ ổ ơ ấ ờ ồ ệ ề ủ ớ t v nhi ả ấ ủ t ấ ừ ấ ố t ăn l n nh t c a quá trình này. Quá trình th y phân x y ra 0C) trong khi v i ớ đa s các ch ng n m men nhi ủ ệ đ lên men ộ ệ độ t nhi ở ệ đ thích nghi không ộ

4. Kêt qu và bàn luân

ả

ầ đ ượ c ti p t c nghiên c u nh m kh c ph c nh ng b t l ằ ế ụ ấ ợ ụ ắ ộ ủ ủ ệ ữ ớ t b khác nhau đ ụ i do ứ ệ đ c a 2 quá trình lên men và th y phân gây ra. Mô hình m i trong nhi u ề cượ c th c hiên liên t c trong 2 thi ế ị t nhi ư ắ ự ệ đ .ộ t ụ ả ưở ữ ế ớ o Gi m đ ế ượ ả o N ng đ đ ộ ồ ộ ườ ồ o Th i gian t ng c ng thu ng n. ắ ổ ờ o Chi phí t ng c ng cho quá trình th p h n v.v… ộ Tuy nhiên, khi th y phân và lên men đ ng th i (SSF) s khác bi ự ủ và th y phân là khó kh ủ 50-55 t nh t t cao (t ố quá 400C. Vì v y, quá trình SSF c n ậ s khác bi t ự nghiên c u đ a ra là quá trình SSF đ ượ ứ ị đ kh c ph c nh h ng c a nhi đ ngh ủ ể ề ư ̃ ầ ế ̀ ́ ̀ ̉ ̀ ̣ ̃ ấ ệ ề ượ ể ể ấ i đ u s d ng công ngh lên men v i t ữ ụ ạ ữ ỷ ộ t b , hi u su t t o ethanol kém, chi phí cao... M t gi c chú ý hi n nay là áp d ng k thu t c Thêm vao đo, theo nh phân tông quan tai liêu đa nêu ro, h u h t nh ng quy trình s n ả ữ bào n m men t ự ấ ớ ế ế ớ ề ử ụ ệ c đi m nh đ chuy n hóa t, công ngh này có nh ng nh ư ộ ế c nh ng s n ph m ph t o ra trong quá trình thu phân, th i ờ ầ i ả ệ ậ ố ấ ạ ượ ữ ế ỹ ệ ả ạ ấ i đa kh năng c ch Enzyme c a Gluco và th i gian th y phân, n ng đ ụ ủ ứ ủ ế ồ ờ ộ ả ả t b th y phân trong quy trinh trên yêu câu ch c n đ t trong kho ng ế ị ủ ỉ ầ ố ủ ạ ̀ ̀ xu t ethanol hi n nay trên th gi ệ do truy n th ng. Nh đã bi ư ố th p vì không th lo i đ ả ể ạ ượ gian kéo dài, khó tăng năng su t thi ấ ế ị i quy t nh ng v n đ trên đang đ pháp giúp gi ấ ả ề ụ bào n m men vào giai đo n lên men trong quy trình s n xu t liên t c. đ nh t ế ấ ị Đ gi m t ể ả Gluco đ u ra c a thi ầ 0,5 – 1,2%. ế ệ ả ả ố ơ ở ồ ồ ể ệ ớ ự ủ ự ộ ờ ộ ́ ̉ ́ ̀ ̣ ̉ ̀ ̣ ̣ ̉ Trên c s đó ti n hành thí nghi m kh o sát và xây d ng gi n đ th hi n m i quan h gi a n ng đ Gluco – n ng đ Enzyme – th i gian th y phân. V i tiêu chi xây d ng: ồ ệ ữ khao sat nông đô Enzym va th i gian thuy phân sao cho nông đô Gluco đat trong khoang 0,5 ̀ ờ – 1,2% đê phuc vu cho quy trinh san xuât liên tuc nh trên. ư ̉ ̣ ̣ ̀ ̉ ́ ̣

́ ̣

Hình 4.19: Mô hình quy trình SSF liên t c đ ngh ụ ề ị

Kêt qu xây d ng gi n đ th hi n m i quan h gi a n ng đ Gluco – n ng đ ố ồ ể ệ ệ ữ ả ồ ộ ồ ộ ́ ự Enzyme – th i gian th y phân nh sau: ả ờ • Gi n đ n ng đ Gluco – n ng đ Enzyme – th i gian th y phân c a bã r m ủ ộ ư ồ ả ồ ồ ủ ủ ờ ơ ộ

Đ th Nđ Glucose theo % Enzymes ồ ị ộ

Nđ Glu (%)

ộ

1.4

1.2

1

0.8

0.6

10h

0.4

0.2 % Enzym

0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

4. Kêt qu và bàn luân

ả

̉ ồ ồ ủ ủ ộ ờ ộ Hình 4.20: Gian đ n ng đ Gluco - n ng đ Enzyme - th i gian th y phân c a bã ồ R mơ

́ ̣

Đ th Nđ Glucose theo th i gian

ồ ị

ờ

ộ

Nđ Glu (%)

ộ

1.4 0.1 % Enzym

1.2 0.25% Enzym

1 0.5% Enzym

0.75% Enzym

0.8 1.0% Enzym

0.6 1.25% Enzym

0.4 1.5% Enzym

0.2

0 Th i gian (h)

ờ

0

2

4

6

8

10

̉ ồ ồ ủ ủ ộ ờ ộ Hình 4.21: Gian đ n ng đ Gluco - n ng đ Enzyme - th i gian th y phân c a bã ồ R mơ

ả ủ ủ c xây d ng trong kho ng 10h đ u tiên c a quá trình th y phân. Đi u này ng cong đánh giá kh năng ố ườ ề ả c đây. ướ Gi n đ đ ự ồ ượ c l a ch n trên c s đ ơ ở ườ ọ ủ ả đ ượ ự th y phân theo th i gian) c a nh ng nghiên c u tr ủ ễ ầ ng cong t c đ th y phân (đ ộ ủ ữ ứ Ta có th th y quá trình th y phân di n ra nhanh chóng t ủ ng gluco ờ ờ ủ ệ ủ ế ị ả ọ ể đ u. H n 80% i th i gian ầ ơ ờ ạ đáng ố đ g n nh không ư ộ ầ t b . Trong ăng su t thi ấ ế ộ i ích. ợ ờ đi m k t thúc quá trình th y phân là m t bài toán kinh t ủ ế ố chi phí và l i 2% enzyme). Theo nh ng nghiên c u tr ắ ng Enzyme kh o sát nh (d ả ế ọ ự ự ỏ ướ ượ ữ ủ ồ

4. Kêt qu và bàn luân

ả

ả ăng phân ly enzyme-s n ph m. N ng ả ẩ i phóng s n ph m sau th y phân. Tuy nhiên bù l ủ ầ ự ả ự ữ ộ ồ ớ ạ ả ờ ể ấ đ c th y phân trong th i gian này, th i gian sau t c l ượ ượ k . Kéo dài th i gian th y phân s gây hao phí nhiên li u và gi m n ờ ể ẽ th c t s n xu t, vi c ch n th i ệ ấ ự ế ả và k thu t c n c cân nh c và ch n l a d a vào 2 y u t ậ ầ đ ượ ỹ ướ c Hàm l ứ ăng khi gi m n ng đây, kh năng s d ng Enzyme càng t đi u này đ enzyme th y phân, ả ề ử ụ ộ ả ố đ gluco t o thành trong quá trình th y phân. Nói cách khác ho t tính th hi n qua t c ủ ạ ạ ộ ể ệ ộ ủ ố đ th y ăng n ng ồ đ enzyme càng loãng. Khi t enzyme càng tăng khi n ng ồ đ enzyme t c ộ ộ đ enzyme phân tăng. Đi u này liên quan ộ ề ồ ẩ tăng làm gi m kh n i cho ả ạ t c ố đ là s hao phí enzyme. Vì v y n ng đ enzyme c n l a ch n sao cho gi a chi phí ọ ộ enzyme và hi u qu mang l ệ ả ể ứ ầ ồ ̀ ̉ ́ ộ t cho vào thi c th tích Enzyme c n thi ừ suy ra đ T 2 gi n đ trên, ng v i 1 n ng đ Gluco yêu c u cho quy trinh san xuât, ta có th t b và th i gian th y phân là bao nhiêu. ủ đ n kh n ế ả ăng phân ly gi ả ậ ợ ồ ế i phù h p v i nhau. ớ ầ ế ị ượ ể ờ

́ ̣

5. K T LU N VÀ Đ NGH Ậ Ế Ề Ị

0C.

ậ ữ c rút ra nh sau: c năng l ư ượ ấ ng và nâng cao năng su t 1.13. K t Lu n ế Qua quá trình thí nghi m nh ng k t lu n đ ế ệ ậ ượ 1. Quá trình n h i nhanh giúp ti t ki m đ ượ ệ ế ổ ơ ậ ớ ổ ơ t nh t cho quá trình n h i nhanh, th i gian l u 2 phút v i 70% m thi 2. Nhi ổ ơ ư ấ ẩ ờ ớ

3. Quá trình th y phân nguyên li u sau n h i v i Enzyme cellusoft L có kh năng ệ ổ ơ ớ ả

t b h n so v i n h i ch m. ế ị ơ t đ t ệ ộ ố o R m : 230 ơ ủ chuy n hóa: ể • ơ ả ủ ộ ế ồ ả

ấ ấ ủ ủ ằ ứ ế ụ ụ ữ ắ

ng c a nhi ủ ệ ộ ụ ả ưở ̀ ị ể ế ắ ấ ạ ả

0,5% 81.19 % Cellulose trong r m ban đ u thành Gluco (tính cho c quá trình ầ n h i và th y phân). ổ ơ 4. Quá trình th y phân và lên men đ ng th i (SSF) làm cho n ng đ gluco trong dung ờ ồ ủ m c th p làm gi m s c ch enzyme c a gluco và cellobio. Tuy d ch luôn gi ự ứ ủ ữ ở ứ ị t đ làm vi c c a quá nhiên khó khăn l n nh t c a SSF là s chênh l ch nhi ệ ủ ự ệ ệ ộ ớ oC). V i ý t trình lên men (35oC) và th y phân (50 ng quá trình SSF c n đ ượ c ầ ưở ớ ệ ộ ủ t nhi ti p t c nghiên c u nh m kh c ph c nh ng b t l i do s khác bi t đ c a ệ ự ấ ợ t b khác nhau 2 quá trình lên men và th y phân gây ra. Quá trình SSF trong 2 thi ế ị ủ ỹ c đ ngh đ kh c ph c nh h đ t đ . Đông th i áp d ng k ụ ờ ề ượ thu t c đ nh t bào n m men vào giai đo n lên men trong quy trình s n xu t liên ấ ậ ố ị t c. ụ ồ ẽ ạ ế ị ừ ế N ng đ Gluco trong thi ứ t b ch kho ng t ỉ ố ớ ả ộ ồ ẫ ớ ạ  1,2 %, s h n ch kh năng ả gây c ch c a Gluco và Cellobio đ i v i Enzyme Cellulase. Nâng cao n ng đ gluco trong dung d ch, ho t tính c a enzyme càng kém d n t ồ i làm tăng chi phí enzyme. N ng ủ đ gluco th p s gây khó khăn và t n kém cho quá trình lên men và ch ng c t v sau. ộ ộ ế ủ ị ấ ẽ ư ố ố ớ ủ ồ ộ ỉ ấ ề  1,2 %, thì Đ i v i quá trình th y phân nh trên, n ng đ Gluco ch kho ng 0,5 ả ề ặ c s h p lý v m t ng Enzyme s d ng cũng nh th i gian th y phân s đ t đ ẽ ạ ượ ự ợ ư ư ờ ử ụ ủ l ượ kinh t .ế

1.14. Đ Ngh ề ị

5. K t lu n và đ ngh ị ậ

ế

ề

1. C n nghiên c u quá trình th y phân v i các lo i enzyme cellulase khác nhau cho ớ ứ ủ ạ ơ ủ ồ ờ ậ ố ị 2. Tiêp t c nghiên c u quá trình th y phân và lên men đ ng th i (SSF) kêt h p v i ớ ấ bào n m men vào giai đo n lên men trong quy trình s n xu t ́ ợ ả ế ấ ạ ầ hi u qu cao h n. ả ệ ́ ụ ứ k thu t c đ nh t ỹ liên t c.ụ 3. Nghiên c u xây d ng mô hình s n su t bán liên t c ethanol t ự ừ ả ấ giai đoan tiên x ly cho đên thuy phân va lên men, v i đ ngh ban đâu nh s đ sau: biomass t ừ ư ơ ồ ụ ớ ề ứ ̀ ử ị ̣ ́ ́ ̉ ̀ ̀

5. K t lu n và đ ngh ị ậ

ề

ế

Hình 5.22: Quy trình n h i và r a bã liên t c đ ngh ụ ề ổ ơ ử ị

TÀI LI U THAM KH O

Ả

Ệ

r m r

ố

ệ t nghi p

ạ. Đ tài t ề

Nghiên c u s n xu t ethanol nhiên li u t ấ

ỹ

ầ ạ ọ

ứ ả ạ ọ

ệ ừ ơ ố ồ

v tr u

ố t

ậ ả

ệ ừ ỏ ấ . Đ tài t

Nghiên c u s n xu t ethanol nhiên li u t ấ

ọ

ệ

ễ ạ ọ

r m r

ỹ ệ

ệ ừ ơ

ạ. Đ tàiề

ạ ọ ứ ả

ọ

ậ

ố ồ

ạ ỹ

ố ồ Nghiên c u s n xu t ethanol nhiên li u t ấ ạ ọ

[1] Tr n Di u Lý. 2008. ệ đ i h c, khoa K thu t hóa h c, Đ i h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh. ọ [2] Nguy n Xuân B o. 2008. ề ứ ả nghi p đ i h c, khoa K thu t hóa h c, Đ i h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh. ậ [3] Ngô Đình Minh Hi p. 2008. th c s , khoa K thu t hóa h c, Đ i h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh. ỹ [4] http://vi.wikipedia.org [5] J. N. de Vasconcelos et al. 2004. Continuos ethanol production using yeast immobilized on sugar-cane stalks. Brazilian Journal of Chemical Engineering. 357-365 [6] http://faostat.fao.org/ [7] http://www.vietnamships.com/news/?id=2066 [8] http://en.wikipedia.org/wiki/Vietnam [9] D.R. Cohn, L. Bromberg, J.B. Heywood Efficiency Improvements Associated with Ethanol- Fueled Spark-Ignition Engines [10] Smith, William. D. “Price Quadruples for Iranian Crude Oil at Auction”, New York Times 12 Dec 1973. [11] Lovins. A.B. (2005). Winning the Oil Endgame, p. 105. [12] Yukihiko Matsumuraa, Tomoaki Minowab, Hiromi Yamamoto, Amount, availability, and potential use of rice straw (agricultural residue) biomass as an energy resource in Japan, 2005 [13] Keikhosro Karimi a,b, Giti Emtiazi c, Mohammad J. Taherzadeh d, Ethanol production from dilute-acid pretreated rice straw by simultaneous saccharification and fermentation with Mucor indicus,Rhizopus oryzae, and Saccharomyces cerevisiae, 2006 [14] Keikhosro Karimia, Shauker Kheradmandiniaa, Mohammad J. Taherzadehb, Conversion of rice straw to sugars by dilute-acid hydrolysis, 2004 [15] Yoshitoshi Nakamura, Tatsuro Sawada1, Eiichi Inoue, Enhanced ethanol production from enzymatically treated steam-exploded rice straw using extractive fermentation , 2001 [16] Mohammet Moniuzaman, Effect of Steam Explosion on the Physicochemical Properties and Enzymatic Saccharification of Rice Straw, 1996 [17] Haagensen F., Ahring B.K., Enzymatic hydrolysis and glucose fermentation of wet oxidized sugarcane bagasse and rice straw for bioethanol production, Environment Microbiology & Biotechnology Research Group, Technical University of Denmark. [18] Seungdo Kim, Bruce E. Dale, Global potential bioethanol production from wasted crops, Science Direct, Biomass and Bioenergy 26, 2004, p.361-375. [19] Jeibing li, Gunnar Henriksson, Goran Gellerstedt, Lignin depolymerization/ repolymerization and its critical role for deligninfication of aspen wood by steam exposion, Science Direct, Bioresource Technology 98, 2007, p. 3061-3068 . [20] Muhammad Ibrahim Rajoka, The enzymatic hydrolysis and fermentation of pretreated wheat straw and bagasse to ethanol, ATDF Journal Volume 2, Issue 2, p.29-35 [21] Ghasem Najafpour, Habibollah Younesi, Ku Syahidah Ku Ismail, Ethanol fermentation in an immobilized cell reactor, Science Direct, Bioresource Technology 92, 2004, p.251-260. [22] Luiz Pereira Ramous, The chemistry involved in the steam treatment of lignocellulosic materials, Quin. Nova, 2003. [23] Karin Ohgren, Oskar Bengtsson, Marie F.Gorwa-Grauslund, Simultaneous saccharification and co-fermentation of glucose and xylose in steam-pretreated corn stover at high fiber content with Saccharomyces cerevisiae TMB3400, Science Direct. [24] Jesper Norgard, Ethanol production from biomass – optimization of simultaneous saccharification and fermentation with respect to stirring and heating, Department of Chemical engineering, Lund Institute of Technology.