Tóm tắt Luận án Nghiên cứu chuyển hóa rong biển, phế thải nông nghiệp chứa carbohydrate thành ethanol sử dụng xúc tác sinh học

Nghiên cứu cố định các tế bào vi sinh vật và đã tạo được các hạt xúc tác trong lên men chuyển hóa glucose thành ethanol. Các hạt xúc tác mang tế bào vi sinh cố định qua nhiều chu kỳ sử dụng vẫn duy trì được khả năng sống cao. Điều này đã chứng minh khả năng sử dụng lại nhiều lần các chất xúc tác này trong sản xuất công nghiệp.

pdf21 trang | Chia sẻ: toanphat99 | Ngày: 21/07/2016 | Lượt xem: 1522 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu chuyển hóa rong biển, phế thải nông nghiệp chứa carbohydrate thành ethanol sử dụng xúc tác sinh học, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
1 A. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LUẬN ÁN 1. Đặt vấn đề Nến kinh tế thế giới cho đến nay phụ thuộc rất nhiều vào nhiên liệu hóa thạch, nhu cầu năng lượng cũng không ngừng gia tăng theo sự phát triển kinh tế - xã hội, an ninh quốc phòng của mỗi quốc gia. Với tốc độ tiêu thụ năng lượng như hiện nay và trữ lượng dầu mỏ hiện có, nguồn năng lượng này sẽ nhanh chóng bị cạn kiệt trong vòng 40 – 50 năm tới. Hơn nữa, các chất đốt hóa thạch là một trong những nguyên nhân làm trái đất nóng lên và gây ô nhiễm môi trường. Do đó, nhiệm vụ tìm kiếm nguồn nguyên liệu thay thế đã được đạt ra trong gần nửa thế kỉ qua và ngày càng trở nên cấp thiết. Một trong những hướng nghiên cứu giải quyết nhiệm vụ này là sản xuất nhiên liệu sinh học dạng khí hoặc lỏng từ sinh khối, tức là các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật như các loại cây nông nghiệp hay phụ phẩm nông lâm nghiệp, nhằm tạo ra nhiệt năng hoặc điện năng. Nhiên liệu sinh học đang là xu thế mới của thế giới trong việc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế. Nhiên liệu ethanol sinh học có thể được sản xuất từ thực vật bao gồm đường, tinh bột và lignocellulose (thế hệ I) hay các phế phẩm có chứa cellulose (thế hệ II). Ngày nay, rong biển và phế thải nông nghiệp đang là những nguyên liệu sản xuất ethanol sinh học phổ biến. Trong đó, rong biển được chú ý đến như một nguồn nguyên liệu thay thế tiềm năng trong quy trình chuyển hóa thành ethanol sinh học. 2. Các nguyên vật liệu nghiên cứu của luận án Vật liệu nghiên cứu của luận án bao gồm: 4 loài rong nâu thu hái tại Hải Phòng và Nha Trang: Sargassum swartzii, Sargassum henslowianum, Sargassum binderi, Sargassum oligocystum. Phế thải 2 nông nghiệp: rơm, rạ. Chủng nấm Aspergillus terreus (Nga chuyển giao) và chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae V7028. 3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án Mục tiêu của luận án là: - Xác định được thành phần lý hóa, sinh của rong biển và phế thải nông nghiệp, lựa chọn được loài rong biển có hàm lượng carbohydrat cao cho quá trình nghiên cứu của luận án. - Xác định được các điều kiện tối ưu để chuyển hóa carbohydrat từ rong biển và phế thải nông nghiệp thành ethanol sinh học Để thực hiện được các mục tiêu trên, các nội dung nghiên cứu đã được thực hiện bao gồm: 1. Xác định hàm lượng carbohydrat trong các rong nâu và trong phế thải nông nghiệp 2. Xác định các điều kiện tối ưu của quá trình thủy phân rong nâu bằng acid sulfuric loãng kết hợp với enzyme Cellic HTech2 3. Lựa chọn các chủng vi sinh vật thủy phân rơm, rạ thành các sản phẩm trung gian sau đó nghiên cứu xây dựng quy trình thủy phân tối ưu 4. Xác định điều kiện tối ưu trong quá trình lên men ethanol từ dịch thủy phân của rong biển và phế thải nông nghiệp 5. Đánh giá hiệu quả của các quá trình chuyển hóa carbohydrat từ rong biển và phế thải nông nghiệp thành ethanol sinh học 3. Những đóng góp mới của luận án  Nghiên cứu lựa chọn được các chủng vi sinh vật thủy phân cũng như lên men thích hợp từ các chủng có trong nước và từ LB Nga qua hợp tác quốc tế, tạo xúc tác sinh học ở dạng tế bào cố định trên PVA cho quá trình thủy phân. 3  Nghiên cứu, tìm được điều kiện tối ưu thực hiện quá tình thủy phân, áp dụng quy hoạch thực nghiệm tìm phương trình hồi quy cho phép khẳng định giá trị tối ưu là chính xác.  Xác định được điều kiện tối ưu cho quá trình lên men thu nhận ethanol sinh học với 3 yếu tố ảnh hưởng chính là nồng độ nấm men, pH môi trường và thời gian lên men cho cả hai loại nguyên liệu rong nâu và phế thải nông nghiệp.  Sử dụng kết hợp acid loãng và enzyme xúc tác cho quá tình thủy phân nâng cao hiệu suất tạo sản phẩm trung gian cho quá trình lên men.  Nghiên cứu chuyển hóa phế thải rong nâu sau quá tình chiết alginat thành ethanol với quy trình xử lí dễ dàng hơn, góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế cao. 4. Bố cục của luận án Luận án bao gồm 142 trang với 35 bảng số liệu, 52 hình, 129 tài liệu tham khảo. Bố cục của luận án: Mở đầu 2 trang, Chương 1: Tổng quan 44 trang, Chương 2: Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu 28 trang, Chương 3: Kết quả và thảo luận 51 trang, Kết luận 2 trang, Các công trình công bố liên qua đến luận án 2 trang, Tài liệu tham khảo 13 trang. 4 B. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN MỞ ĐẦU Phần mở đầu đề cập đến ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Từ đó đưa ra mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án. Chương 1 – TỔNG QUAN Phần tổng quan đã tổng hợp các tài liệu trong nước và trên thế giới về những vẫn đề liên quan đến luận án như: - Vai trò và tiềm năng của ethanol sinh học trong hiện tại và tương lai. Các nguyên liệu thường dùng để sản xuất ethanol ngày nay. - Giới thiệu về phân loại, hình thái, phân bố khai thác rong biển và tìm hiểu về rong nâu: thành phần hóa học. Tìm hiểu về phế thải nông nghiệp và các thành phần có trong phế thải nông nghiệp. - Giới thiệu vi sinh vật trong xúc tác quá trình thủy phân, lên men. Chương 2 – NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu 4 loài rong nâu thu hái tại Hải Phòng và Nha Trang: Sargassum swartzii, Sargassum henslowianum, Sargassum binderi, Sargassum oligocystum. Phế thải nông nghiệp: rơm, rạ. Các chủng vi sinh vật để thủy phân cellulose: Chủng vi khuẩn C32, xạ khuẩn 7P, nấm Aspergillus terreus, vi khuẩn VK Hud 4-1 và vi khuẩn C36. Nấm men Saccharomyces cerevisiae V7028 (Nga). 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp Hypoclorit tách cellulose từ rơm rạ Phần này trình bày về phương pháp tách cellulose từ rơm rạ bằng cách xử lí cơ học và hóa học. 5 2.2.2. Phương pháp xác định độ ẩm của rong biển Phần này áp dụng phân tích độ ẩm theo TCVN 3700 – 90: Dùng nhiệt để loại bỏ nước khỏi mẫu thử. Hiệu suất khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy khô là lượng ẩm có trong mẫu. 2.2.3. Phương pháp Kieldahl xác định protein tổng số Phần này trình bày phân tích hàm lượng protein thô theo TCVN 3705 – 90: Vô cơ hóa mẫu thử bằng acid sulfuric đậm đặc, nitơ có trong mẫu thử chuyển thành amon sulfate. Dùng kiềm đậm đặc đẩy amoniac ra khỏi amon sulfate trong mát cất đạm, tạo thành amon hydroxyd rồi định lượng thành acid. 2.2.4. Phương pháp xác định hàm lượng tro Phần này trình bày phương pháp phân tích hàm lượng tro theo AOAC 938.08: Tro hóa mẫu bằng nhiệt sau đó xác định hàm lượng tro bằng phương pháp khối lượng và xác định độ kiềm của tro bằng phương pháp chuẩn độ. 2.2.5. Phương pháp Folch xác định lipid tổng số Phần này trình bày về phương pháp phân tích hàm lượng lipid theo TCVN 3703 – 2009: Dùng dung môi hữu cơ chiết rút lipid của mẫu thử trong máy soclet. Sấy và cân lượng lipid đã được chiết rút. 2.2.6. Phương pháp định lượng đường khử bằng acid dintrosalicylic (DNS) Phần này trình bày về định lượng đường khử bằng phản ứng tạo màu với DNS. Cường độ màu của hỗn hợp phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ đường glucose. Sản phẩm sau phản ứng được xác định bằng phương pháp so màu ở bước sóng 540 nm. Dựa vào đồ thị đường chuẩn của glucose tinh khiết với thuốc thử DNS ta dễ dang tính được hàm lượng đường của mẫu nghiên cứu. 6 2.2.7. Phương pháp xử lí số liệu Xử lí số liệu theo phương pháp thống kê, mỗi thí nghiệm làm 3 lần. Xử lí số liệu bằng Microsoft Excel 2007, SPSS 1.60. 2.3. Xây dựng quy trình nghiên cứu Phần này đưa ra các sơ đồ quy trình thực nghiệm: quy trình thủy phân rong nâu và phế thải nông nghiệp, quy trình lên men dịch đường tạo ethanol sinh học, quy trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân và lên men. 7 Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu và chuẩn bị nguyên vật liệu sản xuất nhiên liệu sinh học 3.1.1. Hàm lượng carbohydarte trong rong nâu thu tại Hải Phòng và Nha Trang Sử dụng các phương pháp phân tích và tính toán, các thí nghiệm được lặp lại 3 lần thu được kết quả hàm lượng carbohydrat trong 4 loài rong nâu như bảng sau: Bảng 3.1 Kết quả xác định thành phần sinh hóa của 4 loài rong nâu Tên rong Thành phần Hàm lượng (%) Sargassum henslowianum Protein thô 7,66 ± 0,13% Lipid 3,14 ± 0,11% Tro 40,97 ± 0,62% Carbohydrat 48,23 ± 0,49% Sargassum swartzii Protein thô 7,27 ± 0,15% Lipid 1,93 ± 0,04% Tro 37,94 ± 0,69% Carbohydrat 52,86 ± 0,62% Sargassum binderi Protein thô 7,75 ± 0,11% Lipid 2,96 ± 0,05% Tro 39,46 ± 0,55% 8 Carbohydrat 49,83 ± 0,57% Sargassum oligocystum Protein 7,93 ± 0,15% Lipid 3,57 ± 0,11% Tro 39,59 ± 0,68% Carbohydrat 48,91 ± 0,45% Từ kết quả trên, ta thấy sử dụng rong Sargassum swartzii làm nguyên liệu sản xuất ethanol sinh học là tốt nhất. 3.1.2. Xác định hàm lượng cellulose tách từ rơm, rạ Bằng cách sử dụng phương pháp Hypoclorit tách cellulose từ rơm rạ thu được kết quả như sau: Từ 10 g rơm, rạ thu được 3,9 g cellulose với hiệu suất đạt từ 40 – 45%. 9 3.1.3. Nghiên cứu tạo xúc tác sinh học cho sản xuất bioethanol Lựa chọn các chủng vi sinh vật thủy phân: Kết quả sơ tuyển được các chủng có hoạt tính mạnh như xạ khuẩn 2P, xạ khuẩn 7P. Kết quả sơ tuyển các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose là: vi khuẩn C32, vi khuẩn C36, vi khuẩn Hud 4-1. Lựa chọn các chủng vi sinh vật lên men: Đã khảo sát quá trình lên men của 6 chủng nấm men. Kết quả cho thấy, chủng Saccharomyces cerevisiae V7028 thích hợp với điều kiện nóng, ẩm của Việt Nam. Tạo chất xúc tác sinh học ở dạng tế bào cố định chuyển hóa cellulose thành glucose và tế bào nấm men cố định cho lên men tạo ethanol. 3.2. Nghiên cứu quá trình thủy phân carbohydrat từ các nguồn nguyên liệu thành saccharide hòa tan 3.2.1. Thủy phân carbohydrat trong rong nâu Từ những nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố nồng độ acid loãng, enzyme, pH môi trường, nhiệt độ thủy phân và thời gian thủy phân. Chúng tôi đã tìm ra được điều kiện tối ưu để đạt được hàm 10 lượng đường khử cao nhất. Kết quả nghiên cứu quá trình thủy phân rong Sargassum swartzii thu được như sau: Nồng độ acid H2SO4 loãng 2% Nhiệt độ thủy phân bằng acid 120oC Thời gian thủy phân bằng acid 120 phút Nồng độ enzyme 5% pH môi trường 5,0 Nhiệt độ thủy phân 50oC Thời gian thủy phân 50 h Hàm lượng đường khử thu được 253,7 mg/g Hiệu suất quá trình thủy phân 48% 3.2.2. Thủy phân cellulose tách từ rơm rạ Kết quả thủy phân cellulose bởi các chủng vi sinh được biểu diễn trong bảng 3.2, xây dựng đồ thị hình thành glucose theo thời gian trong quá trình thủy phân đối với các chủng vi sinh để so sánh. 11 Bảng 3.2 Sự tạo thành glucose trong quá trình thủy phân cellulose bởi một số chủng vi sinh t (ngày) Chủng 0 1 2 3 4 5 6 1 A. terreus 0 1.1 2.5 5 7.5 8.9 9.1 2 C 32 0 1.5 3 5.3 7 8 8.2 3 7P 0 1 2.3 4.5 6 7.4 7.8 4 Hud 4-1 0 2 3.5 4.5 5.1 5.8 5.9 5 C 36 0 2.3 3.6 4 4.3 4.2 4.4 Thủy phân cellulose 0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 5 6 7 Thời gian, ngày N ồ n g đ ộ g lu c o s e . g /l 1 2 3 4 5 Hình 3.1 So sánh thủy phân cellulose bằng các chủng vi sinh 1- Nấm A. terreus; 2- Vi khuẩn C32;; 3- Xạ khuẩn 7P; 4 -Vi khuẩn Hud 4-1; 5-Vi khuẩn C36 12 Kết quả thu được cho thấy: Vi khuẩn C32; Xạ khuẩn 7P; Nấm A. terreus cho hiệu suất thủy phân cao, trong đó nấm A. terreus cho hiệu suất thủy phân cao hơn cả. Từ các kết quả phân tích, cho phép tính hiệu suất thủy phân của các chủng vi sinh. Hiệu suất thủy phân A (%) được tính bằng lượng glucose (g) thu được sau quá trình thủy phân so với lượng cellulose (g) trong một thời gian nhất định (tính tới thời điểm 6 ngày). Kết quả tính hiệu suất thủy phân của các chủng vi sinh vật được trình bày trên hình 3.2 để so sánh. Hiệu suất thủy phân 0 10 20 30 40 50 1 2 3 4 5 Chủng vi sinh A , % Hình 3.2 Hiệu suất thủy phân cellulose thành glucose bằng các chủng vi sinh Kết quả nghiên cứu cho thấy từ 2 g cellulose tách từ rơm rạ sau khi thủy phân bằng chủng nấm A. terreus thu được 0,91 g glucose đạt hiệu suất là 45,5%. 13 3.2.3. Thủy phân cellulose tách từ rơm, rạ bằng tế bào vi sinh vật cố định Từ các nghiên cứu chứng minh rằng các tế bào cố định có thể được sử dụng nhiều lần cho quá trình xúc tác, tuy nhiên sau mỗi lần sử dụng hoạt tính xúc tác của chúng có giảm đi một chút. Hơn nữa hiệu quả xúc tác của các tế bào cố định cũng thấp hơn của các tế bào tự do. Điều này là hợp với quy luật, bởi vì cơ chất cellulose có kích thước phân tử lớn, nên nên tốc độ khuếch tán của nó vào bên trong các hạt xúc tác nhỏ hơn nhiều so với tốc độ khuếch tán của cơ chất này trong dung dịch. Mặt khác, so sánh hiệu quả xúc tác bởi các chủng vi sinh vật cố định khác cho thấy các tế bào cố định của nấm A. terreus có hoạt tính xúc tác cao nhất tại pH môi trường là 5,0 và nhiệt độ là 40oC. 3.2.4. Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân cellulose tạo thành glucose Tối ưu hóa quá trình thuỷ phân nguyên liệu, tìm được phương trình hồi quy mô tả hiệu quả thủy phân (biểu thị qua nồng độ glucose) phụ thuộc vào thành phần tham gia thủy phân: nồng độ cellulose (x1), nồng độ enzyme cellulase (x2) (ổn định ở nhiệt độ 45oC, pH = 5,0) có dạng: ŷ = 8,961 + 4,495x1 + 0,215x2 giá trị ymax = 15,876 Từ các kết quả trên chúng tôi đã kiểm tra bằng thực nghiệm và thu được kết quả giá trị nồng độ đường thu được cao nhất là ymax = 15,58 (xấp xỉ giá trị tính toán theo lý thuyết). Như vậy phương trình quy hoạch phù hợp với kết quả thực nghiệm thu được. 14 3.3. Nghiên cứu quá trình lên men các sản phẩm trung gian hòa tan Từ những nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: tỷ lệ nấm men, pH môi trường, thời gian lên men xác định được điều kiện tối ưu cho quá trình lên men như bảng sau: Bảng 3.3 Các thông số điều điện tối ưu cho quá trình lên men sản xuất ethanol sinh học Rong biển Phế thải nông nghiệp Tỉ lệ nấm men (%) 5,0 3,0 pH môi trường 5,0 5,0 Thời gian lên men (ngày) 4 3 Sau khi xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình lên men, chúng tôi tiến hành lên men sản phẩm trung gian hòa tan từ quá trình thủy phân rơm rạ bằng chủng nấm Saccharomyces cerevisiae V7028 với điều kiện: Nồng độ nấm men bổ sung vào là 3%, pH là 5,0, thời gian lên men là 3 ngày, tốc độ lắc 240 vòng/phút, nồng độ cơ chất glucose 200 g/l trong bình yếm khí tại nhiệt độ phòng. Xác định lượng ethanol tạo thành bằng phương pháp chuẩn độ với K2Cr2O7 thu được kết quả như trong bảng sau: 15 Bảng 3.4 Các thông số động học của quá trình lên men ethanol bởi chủng Saccharomyces cerevisiae V7028 Thời gian (h) Glucose (g/l) Ethanol (g/l) Mật độ tế bào (g/l) 0 200 0 1 198 2 6 3 193 5 14 12 153 17 29 24 69 47 38 36 37 73 40 48 27 83 41 60 19 86 42 72 17 87 42 Kết quả cho thấy, quá trình lên men bằng chủng Saccharomyces cerevisiae V7028 cho nồng độ ethanol cực đại đạt giá trị cao (87 g/L), tỉ lệ chuyển hóa ethanol là 43,5%. Hiệu suất tế bào theo ATP (YATP) đạt 2,84 x 108 (mol/g protein). Từ các kết quả thu được chứng minh rằng từ 1 kg phế thải nông nghiệp thu được 97 ml ethanol và hiệu suất chuyển hóa toàn quá trình là 19,8%. Trong khi đó, từ 1 kg rong biển thu được 115 ml ethanol và hiệu suất quá trình chuyển hóa rong nâu thành ethanol là 21%. 3.4. Chuyển hóa phế thải rong nâu thành ethanol sử dụng xúc tác sinh học kết hợp với acid 3.4.1. Tiền xử lý phế thải rong nâu Phế thải rong là sản phẩm phụ từ quy trình chiết xuất alginat bao gồm hàm lượng lớn cellulose. Lượng phế thải rong trong quá trình chế biến alginat rất cao khoảng 6 tấn phế thải trên 1 tấn sản phẩm. Trong bã thải, cellulose là thành phần hữu cơ chiếm tỉ lệ cao và rất khó phân hủy bởi cấu trúc phức tạp của nó. Tuy nhiên việc xử lý các 16 phế thải rong chứa cellulose bằng công nghệ sinh học kết hợp giữa acid loãng và enzyme lại có tính khả thi về cả mặt kỹ thuật, kinh tế và môi trường. Để thực hiện nghiên cứu này, phế thải rong phải được nghiền nhuyễn và lọc qua rây có 20 – 80 mắt lưới và được sấy ở 40oC trước khi tiến hành xử lý và phân tích hàm lượng cellulose . Phương pháp xác định hàm lượng cellulose có trong phế thải rong sau quá trình chế biến alginat của rong được tách bằng phương pháp Hypoclorit. Hàm lượng glucose thu được sau quá trình thủy phân được xác định bằng phương pháp acid dinitrosalicylic (DNS). 3.4.2. Hàm lượng cellulose có trong phế thải rong nâu sau quá trình tách alginat Thành phần nguyên liệu thô được phân tích bằng phương pháp TCVN 4594 – 88. Kết quả thu được chỉ ra rằng phế thải hữu cơ sau chế biến alginat của rong nâu có thể là nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol sinh học, chứa hàm lượng cao cellulose (30 ± 0.07%) và lượng hemicellulose ( 2,2 ± 0.86%). 3.4.3. Hiệu quả quá trình thủy phân và lên men Quá trình tiền xử lý tối ưu khi nồng độ acid đạt 0,1%. Trong điều kiện tối ưu của quá trình tiền xử lý (0,1%, 120oC, 1 giờ), lượng glucose thu được đạt tới 215 mg/g và chuyển hóa cellulose trong phế thải rong nâu đạt 71,2%. Trong khi đó, lượng glucose thu được từ phế thải rong nâu nếu không qua tiền xử lý chỉ đạt 162,5 mg/g, điều này chứng minh rằng tiền xử lý có tác dụng tăng cường hiệu suất quá trình thủy phân. Sản phẩm sau thủy phân tiếp tục được lên men bằng chủng nấm Saccharomyces cerevisiae. Sau 36 giờ, tỷ lệ chuyển hóa ethanol là 46,9%, tương đương 92% hiệu suất lý thuyết. Từ các nghiên cứu trên 17 cho kết quả chứng minh rằng từ 1 kg phế thải trong chế biến rong biển có thể thu được 0,128 L ethanol. So với các tài liệu tham khảo, hiệu suất quá trình chuyển hóa tạo thành ethanol dưới điều kiện này tăng đáng kể. 18 KẾT LUẬN Từ những kết quả nghiên cứu trên chúng tôi rút ra những kết luận như sau: 1. Thành phần carbohydrat trong 4 loài rong nâu là: Sargassum henslowianum 48,23%, Sargassum swartzii 52,86%, Sargassum benderi 49,83%, Sargassum oligocystum 48,91%. Như vậy, Sargassum swartzii có hàm lượng carbohydrat cao nhất và như vậy loại rong này được chọn làm nguyên liệu để nghiên cứu quá trình sản xuất ethanol sinh học. 2. Quá trình thủy phân bằng acid loãng kết hợp với enzyme cho hàm lượng đường khử cao hơn, hiệu quả hơn so với việc chỉ dùng enzyme để thủy phân carbohydrat có trong rong nâu. Điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân rong nâu đạt hiệu quả cao là:  Nồng độ H2SO4 2%  Nhiệt độ thủy phân bằng acid là 120oC  Thời gian thủy phân bằng acid là 120 phút  Nồng độ của enzyme là 5%  Nhiệt độ thủy phân bằng enzyme là 50oC  pH môi trường thủy phân là 5,0  Thời gian thủy phân là 50 h 3. Trong các chủng vi sinh vật sử dụng thủy phân cellulose từ rơm rạ cho hiệu suất thủy phân cao như vi khuẩn C32; Xạ khuẩn 7P; nấm A. terreus, thì nấm A. terreus cho hiệu suất thủy phân cao nhất. Điều kiện tối ưu để chuyển hóa cellulose từ rơm rạ thành đường glucose là pH: 5, nhiệt độ: 40oC với sự có mặt của nấm Aspergillus terreus với phương trình hồi quy mô tả hiệu quả thủy phân (biểu thị qua nồng độ glucose) phụ thuộc vào thành phần 19 tham gia thủy phân: nồng độ cellulose (x1), nồng độ enzyme cellulase (x2) có dạng: ŷ = 8,961 + 4,495x1 + 0,215x2 Với giá trị ymax = 15,876 phù hợp với kết quả thực nghiệm thu được. 4. Nghiên cứu cố định các tế bào vi sinh vật và đã tạo được các hạt xúc tác trong lên men chuyển hóa glucose thành ethanol. Các hạt xúc tác mang tế bào vi sinh cố định qua nhiều chu kỳ sử dụng vẫn duy trì được khả năng sống cao. Điều này đã chứng minh khả năng sử dụng lại nhiều lần các chất xúc tác này trong sản xuất công nghiệp. 5. Tìm được các thông số tối ưu cho quá trình lên men thu nhận ethanol sinh học:  Nồng độ nấm men bổ sung vào quá trình len men của rong nâu là 5%, phế thải nông nghiệp là 3%.  pH môi trường lên men hiệu quả của rong nâu và phế thải nông nghiệp là 5,0.  Thời gian lên men hiệu quả của rong nâu là 4 ngày và của phế thải nông nghiệp là 3 ngày. 6. Từ những kết quả nghiên cứu, so sánh, đánh giá quá trình thủy phân chuyển hóa carbohydrat trong rong biển và phế thải nông nghiệp cho thấy rằng, rong biển chính là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học trong hiện tại và tương lai. Mặt khác, những kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng, phế thải rong sau quá trình tách alginat và mannitol cũng có thể sử dụng có hiệu quả cao để sản xuất ethanol sinh học. 20 CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1 - Đỗ Trung Sỹ, Nguyễn Đình Tuyến, Đỗ Thu Hương, Hoàng Thị Bích, Tạ Thủy Nguyên, Nguyễn Ngọc Tùng, Trần Thị Hiền, Nguyễn Thị Trang, Trần Đình Toại, N. Stepanov A., Efremenko E. N., S.Varfolomeev D. Chất xúc tác sinh học trên cơ sở các tế bào nấm men chịu nhiệt để lên men đồng thời chuyển hóa. Tạp chí hóa học 2012, 59-62. 2 - Trần Đình Toại, Phạm Hồng Hải, Nguyễn Bá Kiên, Hoàng Thị Bích, Đỗ Trung Sỹ, Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân cellulose tách từ rơm rạ thành đường tan của nấm mốc Aspergillus terreus để sản xuất ethanol – nhiên liệu sinh học, Tạp chí Khoa học và Công Nghệ, Tập 49, Số 3, trang 87 – 96, 2011. 3 - Đỗ Trung Sỹ, Trần Đình Toại, Hoàng Lương, Trần Mạnh Hải, Trần Thị Phương, Hoàng Thị Bích, Nguyễn Hồng Nhung, Phạm Hồng Hải, Nguyễn Bích Thủy, Nghiên cứu hệ xúc tác sinh học để chuyển hóa phế thải nông nghiệp (rơm rạ) thành ethanol. Tạp chí Hóa học, 2011, T.49, Số 5AB, 509-512, Tháng 11-2011. 4 - Nguyễn Thị Hồng Nhung, Trần Đình Toại, Hoàng Thị Bích, Đỗ Trung Sỹ. Cố định cellulase trên polyvinyl alcohol (PVA) để tạo chất xúc tác sinh học lên men rơm rạ thành ethanol. Tạp chí Khoa học Công nghệ & Môi trường Công an, Số 19 tháng 12 năm 2011, 20-21. 5 - I.V. Lyagin, O.V. Senko, A.B. Nikolskaya, F.T. Mamedova, N.A Stepannov, Tran Dinh Toai, Do Trung Sy, E.N. Efremenko. Conversion of renewable resources into products useable for chemical and fuel industries. 1st Symposium on 21 Marine Enzyme and Polysaccharides.22. Nha Trang, 10-17, December 2012. 6 - Elena N. Efremenko, Olga V. Senko, Nikolay A. Stepanov, Olga V. Maslova, Ilya V. Lyagin, Ngo Quoc Anh, Do Trung Sy, Nguyen Van Tuyen. Biocatalytic conversion of seaweed biomass to semi-product for chemical industry. Asian-Pacific Aquaculture 2013. December 10-13, 2013. 7 - Do Trung Sy, Ngo Quoc Anh, Hoang Thi Bich, Tran Quoc Toan, Le Tat Thanh, Nguyen Huy Tung, Dang Thu Thao, Le Mai Huong. Determination of glucose in Aspergillus terrius af 67 hydrolysate of cellulose from Vietnamese seaweed. Hội nghị Toàn quốc về Đa dạng sinh học và Phát triển bền vững Hải phòng 2014, 717-715. 8 - Đỗ Trung Sỹ, Hoàng Thị Bích, Đỗ Quang Kháng, Ngô Quốc Anh. Nghiên cứu phương pháp thủy phân phế thải rong nâu sử dụng kết hợp acid và enzyme. Hội thảo 40 năm thành Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam 203-209. Tạp chí hóa học (đã nhận đăng), 2015.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfdo_trung_sy_tt_6506.pdf