Đề tài 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 MINHẠ Ọ Ố Ố Ồ TR NG Đ I H C BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCMƯỜ Ạ Ọ ~~~~~~~~~~~~~**&**~~~~~~~~~~~~~ Báo cáo tóm t tắ đ tài:ề “ NGHIÊN C U CÔNG NGH VÀ THI T B LIÊN T C Ứ Ệ Ế Ị Ụ X LÝ R M R B NG H I N C Đ LÊN MEN ETHANOL”Ử Ơ Ạ Ằ Ơ ƯỚ Ể PH N 1: “NGHIÊN C U CÔNG NGH VÀ CH T O H TH NG THI T B Ầ Ứ Ệ Ế Ạ Ệ Ố Ế Ị LÀM VI C LIÊN T C X LÝ VÀ TH Y PHÂN R M R THÀNH Đ NG Ệ Ụ Ử Ủ Ơ Ạ ƯỜ PH C V QUÁ TRÌNH LÊN MEN ETHANOL”.Ụ Ụ Mã s đ tài: B2007-20-05-TĐố ề Ch nhi m đ tài:ThS. Hoàng Minh Namủ ệ ề TP.H Chí Minh, ngày 2ồ 9 tháng 12 năm 2009 1 1. M Đ UỞ Ầ 1.1. Lý do nghiên c u Ethanol t r m r ứ ừ ơ ạ N c ta là m t n c nông nghi p v i s n l ng g o h ng năm trên 35 tri u t n.ướ ộ ướ ệ ớ ả ượ ạ ằ ệ ấ 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 nồ ằ ồ ự ồ ằ ử ự ả xu t lúa g o chính c a n c ta. T đó có th th y s n l ng r m r trên c n c h ngấ ạ ủ ướ ừ ể ấ ả ượ ơ ạ ả ướ ằ 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 ôấ ớ ậ ệ ầ ỏ ừ ớ ạ nhi m môi tr ng đang d n tr thành m t thách th c l n cho vi c s d ng nhiên li uễ ườ ầ ở ộ ứ ớ ệ ử ụ ệ trong t ng lai. Ngu n r m r c a chúng ta d i dào nh ng nh ng ng d ng l i h n ch .ươ ồ ơ ạ ủ ồ ư ữ ứ ụ ạ ạ ế Ph n l n r m r đ c đ ho i m c t nhiên hay đ t b ngoài đ ng. S lãng phí ngu nầ ớ ơ ạ ượ ể ạ ụ ự ố ỏ ồ ự ồ năng l ng cùng v i ô nhi m môi tr ng do vi c s d ng r m r không đúng cách nhượ ớ ễ ườ ệ ử ụ ơ ạ ư hi n nay đang d n tr thành m i quan tâm c a nhi u nhà khoa h c và qu n lý. ệ ầ ở ố ủ ề ọ ả Ethanol đ c đánh giá là ngu n cung c p nhiên li u t t cho t ng lai vì con ng i cóượ ồ ấ ệ ố ươ ườ kh năng s n xu t v i s n l ng l n, không gây ô nhi m môi tr ng và có th thay thả ả ấ ớ ả ượ ớ ễ ườ ể ế đ c cho xăng nhiên li u. Ethanol làm nhiên li u này hoàn toàn có th s n su t đ c tượ ệ ệ ể ả ấ ượ ừ ngu n cellulo nh r m r , tr u, bã mía,…. Theo đánh giá s b , l ng r m r h ng năm,ồ ư ơ ạ ấ ơ ộ ượ ơ ạ ằ n u đ c chuy n thành ethanol, hoàn toàn có kh năng thay th toàn b nhu c u xăng d uế ượ ể ả ế ộ ầ ầ c n c hi n nay. ả ướ ệ M c tiêu c a đ tài nh m m c đích t ng b c nghiên c u các thông s k thu t c aụ ủ ề ằ ụ ừ ướ ứ ố ỹ ậ ủ quá trình s n xu t liên t c ethanol nhiên li u t r m, trong đó giai đo n th nh t là x lýả ấ ụ ệ ừ ơ ạ ứ ấ ử và thu phân r m thanh dung d ch đ ng có kh năng lên men ethanol.ỷ ơ ị ườ ả 1.2. M c tiêu và n i dung nghiên c uụ ộ ứ Nh ng nghiên c u trong đ tài này nh m h ng đ n th c hi n các quá trình x lý r mữ ứ ề ằ ướ ế ự ệ ử ơ r liên t c v i quy mô trong phòng thí nghi m. M c tiêu h ng t i là xây d ng nh ng cạ ụ ớ ệ ụ ướ ớ ự ữ ơ s d li u và thi t b cho quy trình hoàn ch nh s n xu t liên t c ethanol nhiên li u t r mở ữ ệ ế ị ỉ ả ấ ụ ệ ừ ơ r sau này. ạ Nhi m v c th c a đ tài bao g m các n i dung c b n sau: ệ ụ ụ ể ủ ề ồ ộ ơ ả 1. Thi t k , ch t o thi t b liên t c x lý r m rế ế ế ạ ế ị ụ ử ơ ạ 2. Kh o sát quá trình x lý r m r trên thi t b liên t c đã ch t o b ng h i n c ápả ử ơ ạ ế ị ụ ế ạ ằ ơ ướ su t cao có gi m áp đ t bi n.ấ ả ộ ế 3. Nghiên c u nh h ng c a quá trình n h i liên t c đ n hi u su t th y phân r mứ ả ưở ủ ổ ơ ụ ế ệ ấ ủ ơ r b ng enzyme cellulase trên c s c i thi n nh ng nghiên c u tr c theo h ngạ ằ ơ ở ả ệ ữ ứ ướ ướ liên t c hóa quá trình th c hi n.ụ ự ệ 2 2. T NG QUAN TÀI LI U Ổ Ệ 1.3. Bioethanol 1.3.1. Các s n ph m t Ethanolả ẩ ừ Ethanol đ c s d ng làm nhiên li u do đ t cháy ethanol cho nhi t l ng t ng đ iượ ử ụ ệ ố ệ ượ ươ ố 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 t trongả ấ ộ ạ ợ ấ ữ ơ ố n c và có kh năng hòa tan t t m t s h p ch t h u c nên đ c dùng làm dung môi hòaướ ả ố ộ ố ợ ấ ữ ơ ượ tan, trích li trong các các s n ph m nh s n, bút màu, r u thu c…ả ẩ ư ơ ượ ố Ethanol có kh năng cả ứ ch vi sinh v t nên đ c dùng làm ch t kháng khu n. Dung d ch ethanol 70%, 90% - c nế ậ ượ ấ ẩ ị ồ 70˚, c n 90˚- đ c dùng trong y h c đ sát trùng các v t th ng, v sinh d ng c …ồ ượ ọ ể ế ươ ệ ụ ụ Các d n xu t c a ethanolẫ ấ ủ cũng có r t nhi u ng d ng. Ethyl acrylate đ c s d ngấ ề ứ ụ ượ ử ụ 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 .ả ấ ụ ấ ế ậ ệ ủ Ethyl axetate là dung môi ph bi n s d ng trong s n, các v t li u che ph và trong côngổ ế ử ụ ơ ậ ệ ủ nghi p d c ph m. M t s ethyl ester khác đ c s d ng trong công nghi p nh là cácệ ượ ẩ ộ ố ượ ử ụ ệ ư ch t t o mùi . Các ethylamin đ c s d ng trong vi c t ng h p các d c ph m, hóa ch tấ ạ ượ ử ụ ệ ổ ợ ượ ẩ ấ nông nghi p và các ch t ho t đ ng b m t.ệ ấ ạ ộ ề ặ 1.3.2. Tình hình s n xu t ethanol t biomass trên th gi iả ấ ừ ế ớ Cho đ n nay, trên th gi i vi c s n xu t ethanol t biomass nói chung và t r m r nóiế ế ớ ệ ả ấ ừ ừ ơ ạ riêng v n ch a đ c th c hi n v i quy mô công nghi p m c dù đã đ c nghiên c u tẫ ư ượ ự ệ ớ ệ ặ ượ ứ ừ nh ng năm 1950. Lý do l n nh t c a v n đ này là hi u qu kinh t mang l i c a vi cữ ớ ấ ủ ấ ề ệ ả ế ạ ủ ệ s n su t nhiên li u ethanol so v i nhiên li u truy n th ng nh xăng d u. Tr c tình hìnhả ấ ệ ớ ệ ề ố ư ầ ướ giá c nhiên li u tăng cao nh hi n nay và ô nhi m môi tr ng ngày càng tr m tr ng, đ cả ệ ư ệ ễ ườ ầ ọ ặ bi t là ô nhi m không khí nh ng khu đô th l n do khí th i ô tô gây ra, vi c s n xu tệ ễ ở ữ ị ớ ả ệ ả ấ ethanol t biomass l i đ c chú ý và ti p t c nghiên c u hoàn thi n trên th gi i. cácừ ạ ượ ế ụ ứ ệ ế ớ Ở n c có ngu n biomass ph ph m nông nghi p d i dào nh Canada và M , Nh t nh ngướ ồ ụ ẩ ệ ồ ư ỹ ậ ữ d án s n xu t ethanol t r m r v i quy mô bán công nghi p (vài ch c t n m t ngày)ự ả ấ ừ ơ ạ ớ ệ ụ ấ ộ đang d n đ c nghiên c u và tri n khai. Các n c b c Âu nh Hà Lan, Th y Đi n cũngầ ượ ứ ể ướ ắ ư ụ ể đang có các d án xây d ng nhà máy s n su t và tinh ch ethanol dùng cho đ ng c . Trongự ự ả ấ ế ộ ơ khi đó đ i v i nh ng n c đang trên đà phát tri n và có ngu n r m r d i dào nh Vi tố ớ ữ ướ ể ồ ơ ạ ồ ư ệ Nam thì vi c s n xu t này cũng đang d n đ c quan tâm. Vi t Nam, đã có m t vàiệ ả ấ ầ ượ Ở ệ ộ nghiên c u ban đ u v vi c s n su t ethanol t biomass nói chung và r m r nói riêng c aứ ầ ề ệ ả ấ ừ ơ ạ ủ tr ng ĐH Bách Khoa TpHCM. H ng năm, ethanol cũng đ c s n su t trong n c v i s nườ ằ ượ ả ấ ướ ớ ả l ng kho ng 25 tri u lít m i năm. Trong đó ch y u là làm t m t r , ngô, g o và khoaiượ ả ệ ỗ ủ ế ừ ậ ỉ ạ mì, ch y u ph c v cho các ngành công nghi p th c ph m và hóa ch t. Tuy nhiên, tìnhủ ế ụ ụ ệ ự ẩ ấ hình l ng th c đang ngày càng khan hi m. V i dân s tăng cao và qu đ t dành cho s nươ ự ế ớ ố ỹ ấ ả 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 nấ ệ ị ẹ ệ ả ấ ồ ừ ệ ề th ng trên r t khó đ c m r ng đ đáp ng cho nhu c u nhiên li u ngày m t tăng caoố ấ ượ ở ộ ể ứ ầ ệ ộ nh hi n nay. Ngày nay s l thu c vào d u m c a con ng i ngày càng cao d n đ n tìnhư ệ ự ệ ộ ầ ỏ ủ ườ ẫ ế tr ng suy thoái kinh t khi x y ra kh ng ho ng d u m . Chính vì th nên ngày càng nhi uạ ế ả ủ ả ầ ỏ ế ề nh ng d án nghiên c u và tri n khai s d ng năng l ng đ a ph ng đ thay th d nữ ự ứ ể ử ụ ượ ị ươ ể ế ầ d u m . Trong tình hình đó ethanol là m t gi i pháp đ c đánh giá cao cho kh năng thayầ ỏ ộ ả ượ ả th nhiên li u hóa th ch trong t ng lai. Ti m năng l n và thân thi n v i môi tr ng là 2ế ệ ạ ươ ề ớ ệ ớ ườ u đi m l n c a lo i nhiên li u này.ư ể ớ ủ ạ ệ 1.3.3. Tình hình phát tri n và ng d ng nhiên li u sinh h c trên th gi iể ứ ụ ệ ọ ế ớ Hi n nay trên th gi i có 50 n c có ch ng trình nghiên c u và s d ng nhiên li uệ ế ớ ướ ươ ứ ử ụ 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 ệ ọ ế ệ ạ Theo d báo c a các chuyên gia, đ n năm 2025, th gi i s s d ng 12% nhiên li u sinhự ủ ế ế ớ ẽ ử ụ ệ h c trong toàn b nhu c u năng l ng; đ n năm 2020, EU s s d ng 20% nhiên li u sinhọ ộ ầ ượ ế ẽ ử ụ ệ h c.ọ 2. T ng quan tài li uổ ệ 2 Trong ch ng trình ngh s c a di n đàn h p tác Đông Á - M Latinh (FEALAC) cũngươ ị ự ủ ễ ợ ỹ 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:ế ộ ế ả ấ ử ụ ệ ọ ồ nguyên li u cho s n xu t biodiesel; công nghi p s n xu t biodiesel; s n xu t ôtô s d ngệ ả ấ ệ ả ấ ả ấ ử ụ nguyên li u thay th ; c ch chính h tr ; các ch ng trình nghiên c u và phát tri n. Nhiênệ ế ơ ế ỗ ợ ươ ứ ể li u sinh h c (biofuel) là nh ng nhiên li u có ngu n g c t biomass nh c i, g , r m,ệ ọ ữ ệ ồ ố ừ ư ủ ỗ ơ 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 nấ ư ỉ ữ ạ ệ ệ ọ ậ t 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 gasoholả ủ ế ồ ạ ồ ả ấ ằ ệ ọ ể ả ấ (methanol, ethanol, buthanol, nhiên li u t ng h p); các lo i d u sinh h c đ s n xu tệ ổ ợ ạ ầ ọ ể ả ấ biodiesel (d u th c v t, d u th c v t ph th i, m đ ng v t). Năm 2005, n c Đ c đãầ ự ậ ầ ự ậ ế ả ỡ ộ ậ ướ ứ s n xu t đ c 1,7 tri u t n biodiesel t h t d u c i làm nhiên li u cho ô tô. Hi n nay,ả ấ ượ ệ ấ ừ ạ ầ ả ệ ệ di n tích tr ng d u h t c i Đ c là 1,2 tri u ha, chi m 10% đ t tr ng tr t n c này vàệ ồ ầ ạ ả ở ứ ệ ế ấ ồ ọ ở ướ 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 chằ ể ở ộ ệ ồ ầ ạ ả ơ ữ ứ ỉ 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 130ể ả ấ ề ấ ệ ấ ầ ạ ả ầ ỗ ớ tri u t n. ệ ấ Tuy nhiên, Biodiesel cũng ch có th s d ng m t m c đ nh t đ nh đ i v i m t sỉ ể ử ụ ở ộ ứ ộ ấ ị ố ớ ộ ố 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 phátạ ộ ơ ờ ớ ậ ề ơ ế ệ tri n nhiên li u sinh h c th h hai. Đ s n xu t nhiên li u này, ng i ta s d ng c cácể ệ ọ ế ệ ể ả ấ ệ ườ ử ụ ả 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 làộ ậ ủ ả ấ ệ ề ữ ộ ậ ch t th i nh r m r , thân cây ngô, h ng d ng...ấ ả ư ơ ạ ướ ươ R u là m t lo i nhiên li u sinh h c mà con ng i đã s n xu t t hàng nghìn nămượ ộ ạ ệ ọ ườ ả ấ ừ nay. Nh ng năm 30 c a th k tr c, M ng i ta cũng đã có ý đ nh dùng r u làmữ ủ ế ỷ ướ ở ỹ ườ ị ượ nhiên li u ô tô. Tuy nhiên, nh ng ng i tán d ng sáng ki n này không th th ng th b iệ ữ ườ ươ ế ể ắ ế ở l khi đó ng i ta đã phát hi n đ c nhi u m d u l n đ c bi t vùng Trung Đông.ẽ ườ ệ ượ ề ỏ ầ ớ ặ ệ ở Ngu n d u m d i dào và giá r lúc đó khi n các qu c gia công nghi p ph ng Tây ch pồ ầ ỏ ồ ẻ ế ố ệ ươ ấ nh n l thu c vào vi c nh p kh u lo i nhiên li u này.ậ ệ ộ ệ ậ ẩ ạ ệ Brazil là qu c gia duy nh t đi theo con đ ng riêng c a mình và s d ng c n làmố ấ ườ ủ ử ụ ồ nhiên li u cho các lo i ô tô. Kho ng 40% nhu c u nhiên li u c a n c này đ c đáp ngệ ạ ả ầ ệ ủ ướ ượ ứ b ng bioethanol, m t d ng c n đ c đi u ch t đ ng mía. Trong khi đó Châu Âu vàằ ộ ạ ồ ượ ề ế ừ ườ ở B c M ng i ta đi u ch ethanol ch y u t cây tr ng. Chính ph M cũng coiắ ỹ ườ ề ế ủ ế ừ ồ ủ ỹ bioethanol là m t lo i nhiên li u c a t ng lai. ộ ạ ệ ủ ươ 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, đóộ ạ ệ ớ ể ứ ẹ ề ể ọ là “sundiesel”. Trong năm t i, m t h th ng s n xu t “sundiesel” s đi vào ho t đ ng v iớ ộ ệ ố ả ấ ẽ ạ ộ ớ năng su t 15.000 t n/năm. Sundiesel hoàn toàn không đ c h i và không có ch t aromat.ấ ấ ộ ạ ấ Cho đ n nay, ng i ta có xu h ng s d ng biogas đ s n xu t đi n. Khí biogas r tế ườ ướ ử ụ ể ả ấ ệ ấ 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 choợ ể ử ụ ố ớ ạ ạ ằ ệ đ n nay ti n tri n r t ch m vì ph i th c hi n m t s thay đ i đ ng c ô tô và ph i cóế ế ể ấ ậ ả ự ệ ộ ố ổ ở ộ ơ ả c s h t ng c n thi t (tr m ti p). Theo nhi u chuyên gia thì ch có nh ng lo i nhiên li uơ ở ạ ầ ầ ế ạ ế ề ỉ ữ ạ ệ ph i tr n có nhi u tri n v ng đ áp d ng r ng rãi. Ethanol và sundiesel đáp ng đ c yêuố ộ ề ể ọ ể ụ ộ ứ ượ c u này.ầ 1.3.4. Liên doanh s n xu t bioethanol: “đ t phá” cho s ra đ i ngu n năng l ng sinhả ấ ộ ự ờ ồ ượ h cọ Sau khi nghiên c u k th tr ng nhiên li u n c ta, t p đoàn Itochu (Nh t B n) v aứ ỹ ị ườ ệ ướ ậ ậ ả ừ chính th c ký th a thu n h p tác liên doanh v i Petrosetco (thành viên c a T p đoàn d uứ ỏ ậ ợ ớ ủ ậ ầ khí VN) xây d ng nhà máy s n xu t ethanol t i n c ta v i công su t 100 tri u lít/năm tự ả ấ ạ ướ ớ ấ ệ ừ ngu n nguyên li u s n lát. D ki n, vi c xây d ng nhà máy s đ c hoàn t t trong quýồ ệ ắ ự ế ệ ự ẽ ượ ấ I/2009. Toàn b s n ph m c a nhà máy là ethanol 99,8% s đ c cung ng cho th tr ng n iộ ả ẩ ủ ẽ ượ ứ ị ườ ộ đ a đ pha vào xăng ph c v công nghi p và giao thông - v n t i. “Đây ch là b c kh iị ể ụ ụ ệ ậ ả ỉ ướ ở đ u cho quá trình tri n khai đ u t dài h n c a Itochu t i VN s p t i”, ông Toshioầ ể ầ ư ạ ủ ạ ắ ớ Shigemi – Phó Ch t ch đi u hành T p đoàn Itochu cho bi t. Trong 6 tháng t i, chi ti t v nủ ị ề ậ ế ớ ế ố 2. T ng quan tài li uổ ệ 3 đ u t s chính th c đ c công b . V n đ t n d ng ph ph m nh th nào đ nâng caoầ ư ẽ ứ ượ ố ấ ề ậ ụ ụ ẩ ư ế ể hi u qu đ u t cũng là đi u đang đ c hai bên tính toán c th và chi ti t, b i hai phệ ả ầ ư ề ượ ụ ể ế ở ụ ph m c a D án này là khí COẩ ủ ự 2 và hèm - nguyên li u r t t t cho ngành s n xu t bia, r uệ ấ ố ả ấ ượ và th c ăn gia súc v i hàm l ng protein r t cao..ứ ớ ượ ấ S ra đ i c a liên doanh s n xu t ethanol s là m t trong nh ng b c đi mang tínhự ờ ủ ả ấ ẽ ộ ữ ướ “đ t phá”, đáp ng nhu c u v nhiên li u ngày càng tăng (t l pha ethanol vào xăng choộ ứ ầ ề ệ ỷ ệ phép là 10%). Theo ông Đ H u Hào, Th tr ng B Công nghi p, hi n Chính ph đãỗ ữ ứ ưở ộ ệ ệ ủ 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 tộ ệ ứ ạ ả ữ ị ư ầ ư cho lĩnh v c này. V n theo Th tr ng Hào, các n c Châu Á nh Trung Qu c, Thái Lan,ự ẫ ứ ưở ướ ư ố Philippines cũng đang đ y nhanh vi c s n xu t ethanol sinh h c v i m c đích thay th m tẩ ệ ả ấ ọ ớ ụ ế ộ ph n ngu n năng l ng hóa th ch, đ ng th i gi m thi u đ n m c t i đa tình tr ng ôầ ồ ượ ạ ồ ờ ả ể ế ứ ố ạ nhi m môi tr ng do các ho t đ ng công nghi p và v n t i gây ra. Chính ph ta r t quanễ ườ ạ ộ ệ ậ ả ủ ấ tâm đ n v n đ này và đang khuy n khích các doanh nghi p đ u t vào lĩnh v c s n xu tế ấ ề ế ệ ầ ư ự ả ấ ethanol. 2.1.5. Tri n v ng bioethanol trong t ng laiể ọ ươ Trên th gi i, công nghi p ethanol nhiên li u đ t s n l ng trên 6,2 t lít vào nămế ớ ệ ệ ạ ả ượ ỷ 2000. H u h t ethanol đ c s n xu t t b p. M t l ng l n các ch t th i nông nghi p tầ ế ượ ả ấ ừ ắ ộ ượ ớ ấ ả ệ ừ lignocellulosic hi n t i đ c đem đ t ho c b đi. Vi c t n d ng các nguyên li uệ ạ ượ ố ặ ỏ ệ ậ ụ ệ lignocellulosic có th thay th g n nh 40% gasoline trên th tr ng. S d ng nguyên li uể ế ầ ư ị ườ ử ụ ệ lignocellulosic nh c , r m r , bã mía có th gi m đáng k chi phí v nguyên li u khi soư ỏ ơ ạ ể ả ể ề ệ sánh v i ngu n nguyên li u là b p.ớ ồ ệ ắ Ng i ta d đoán r ng s d ng kĩ thu t gen trên nguyên li u v i hàm l ngườ ự ằ ử ụ ậ ệ ớ ượ carbohydrate cao h n k t h p v i c i ti n công ngh s gi m đ c giá ethanol kho ngơ ế ợ ớ ả ế ệ ẽ ả ượ ả 0,11 dollar/lit trong 10 năm t i. Gi m chi phí s n xu t cellulase là chìa khóa công nghớ ả ả ấ ệ trong quá trình th y phân b ng enzyme. Kĩ thu t gen đã đ c s d ng đ t o dòng cácủ ằ ậ ượ ử ụ ể ạ trình t 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 hự ẩ ấ ấ ợ ự ậ ằ ạ ữ ệ th ng s n xu t cellulase v i ho t tính cao.ố ả ấ ớ ạ Wood và các c ng s đã báo cáo v vi c bi u hi n gen tái t h p endoglucanase tộ ự ề ệ ể ệ ổ ợ ừ Erwinia chrysanthemi P86021 vào Escherichia coli KO11 và h th ng tái t h p này đã s nệ ố ổ ợ ả xu t 3.200 IU endoglucanase/lit canh tr ng l ng lên men (IU, international unit, đ c xácấ ườ ỏ ượ đ nh nh là 1 ị ư μl đ ng kh đ c t o ra trong 1 phút khi s d ng carboxymethyl celluloseườ ử ượ ạ ử ụ làm c ch t). Endoglucanase E1 ch u nhi t t ơ ấ ị ệ ừ Acidothermus cellulolyticus đ c bi u hi n ượ ể ệ ở Arabidopsis thaliana lá. Ng i ta cũng có th s d ng quá trình lên men xylose thànhở ườ ể ử ụ ethanol. Ch ng tái t h p ủ ổ ợ E. coli v i các gen t ớ ừ Zymomonas mobilis đ chuy n hóaể ể pyruvate thành ethanol cũng đã đ c nghiên c u b i Dien và các c ng s . Các plasmid táiượ ứ ở ộ ự t h p v i các gen t ng h p xylose reductase và xylitol dehydrogenase t ổ ợ ớ ổ ợ ừ Pichia stipitis và gen xylulokinase t ừ Saccharomyces cerevisiae đ u đ c chuy n vào ề ượ ể Saccharomyce spp. cho quá trình lên men đ ng th i xylose và glucose .ồ ờ 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 nặ ệ ả ấ ượ ả ế ở ề ệ ớ ư ẫ có nhi u th thách c n ph i v t qua. Nh ng th thách đó bao g m vi c gi n đ nh cácề ử ầ ả ượ ữ ử ồ ệ ữ ổ ị ch ng n m men đã đ c bi n đ i gen khi lên men quy mô công nghi p, nâng cao hi uủ ấ ượ ế ổ ở ệ ệ qu ti n x lý nguyên li u lignocellulosic, và tính kinh t c a h th ng s n xu t ethanol.ả ề ử ệ ế ủ ệ ố ả ấ 2. T ng quan tài li uổ ệ 4 1.4. Biomass – R m rơ ạ Hình 2.1: R m r và các ph n trên cây lúa ơ ạ ầ Hình 2.2: R m r sau thu ho chơ ạ ạ R m r là thành ph n còn l i c a cây lúa sau khi thu ho ch l y h t lúa. Ngo i trơ ạ ầ ạ ủ ạ ấ ạ ạ ừ ph n h t và r thì t t c các ph n khác c a cây lúa đ u đ c coi là r m r . N c ta có khíầ ạ ễ ấ ả ầ ủ ề ượ ơ ạ ướ h u nhi 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 tậ ệ ớ ớ ỹ ấ ộ ề ệ ể ờ ệ nam đã tr thành m t n c xu t kh u g o nhi u nh t th gi i. Theo th ng kê năm 2003,ở ộ ướ ấ ẩ ạ ề ấ ế ớ ố c n c có 33 tri u hecta đ t trong đó 9,67 tri u hecta đ t canh tác cùng 9,7 tri u hectaả ướ ệ ấ ệ ấ ệ đ ng c (FAQ, 2003) [1].ồ ỏ T ng s n l ng hoa màu và th c ph m c n c năm 2003 đ tổ ả ượ ự ẩ ả ướ ạ 35 tri u t n. S li u c th đ c trình bày theo b ng 1.ệ ấ ố ệ ụ ể ượ ả S n l ng l ng th c và hoa màu cao đ ng nghĩa v i vi c n c ta có m t ngu n phả ượ ươ ự ồ ớ ệ ướ ộ ồ ụ 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 nẩ ệ ấ ồ ể ạ ấ ạ ả ả ấ r m r . S n l ng lúa g o năm 2007 toàn qu c đ t 36 tri u t n [2]. Nh v y, l ng r mơ ạ ả ượ ạ ố ạ ệ ấ ư ậ ượ ơ 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 c trình bàyạ ả ằ ả ệ ấ ố ệ ố ằ ượ theo b ng 1.ả Cho đ n nay, ph n l n r m r th ng đ c đ m c ho i ngoài đ ng hay đ t t i chế ầ ớ ơ ạ ườ ượ ể ụ ạ ồ ố ạ ỗ đ tr l i khoáng ch t cho đ ng ru ng. Ph n còn l i đ c đem v làm th c ăn gia súc hayể ả ạ ấ ồ ộ ầ ạ ượ ề ứ 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 tồ ấ ấ ố ụ ụ ầ ấ ế ể ả ấ đ c ethanol t r m r s có th s d ng có ích ngu n năng l ng t r m mà v n tr l iượ ừ ơ ạ ẽ ể ử ụ ồ ượ ừ ơ ẫ ả ạ đ c ngu n khoáng ch t cho cây tr ng.ượ ồ ấ ồ B ng ả 1: S n l ng nông nghi p n c ta năm 2003 (FAO 2004)ả ượ ệ ướ 2. T ng quan tài li uổ ệ 5 Chu n ẩ bị Ti n x líề ử Th y phânủ Lên men Nguyên li uệ N m menấ Nhân gi ngố Ch ng c tư ấ Ethanol Hình 2.3: S n l ng lúa g o c n c t 1997- 2007ả ượ ạ ả ướ ừ 1.5. Công ngh s n xu t Bioethanol t Biomassệ ả ấ ừ 1.5.1. M t s qui trình s n xu t Ethanol t Biomass th c tộ ố ả ấ ừ ự ế Các quá trình x lí nguyên li u thành cellulose, hemicellulose và lignin ti n hành trênử ệ ế c s t 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 nơ ở ươ ậ ọ ọ ế ụ ể ả ph m.ẩ Hình 2.4: Qui trình công ngh s n xu t Bioethanol t Biomassệ ả ấ ừ 2. T ng quan tài li uổ ệ 6 Hình 2.5: Các qui trình s n xu t đi t lignocellulosicả ấ ừ Hình 2.6: Qui trình s n xu t đi t nguyên li u biomassả ấ ừ ệ 1.5.2. Giai đo n ti n x lýạ ề ử Khác v i nguyên li u tinh b t, s n xu t ethanol t ngu n r m r ph i qua giai đo nớ ệ ộ ả ấ ừ ồ ơ ạ ả ạ ti n x lí tr c khi ti n hành th y phân thành đ ng. Nguyên nhân là do cellulose khó th yề ử ướ ế ủ ườ ủ phân h n tinh b t. Tinh b t ch a amylopectin có c u trúc phân nhánh nên d dàng ti p xúcơ ộ ộ ứ ấ ễ ế v i dung môi. Trong khi cellulose tinh th t o c u trúc th ng, kho ng cách gi a các phânớ ể ạ ấ ẳ ả ữ t th p nên dung môi ti p xúc v i các phân t cellulose khó khăn h n. Bên c nh đó, vi cử ấ ế ớ ử ơ ạ ệ th y phân liên k t α - 1,4 – glycosidic trong tinh b t d dàng h n liên k t β- 1,4- glycosidicủ ế ộ ễ ơ ế trong c u trúc c a cellulose.ấ ủ R m r ph i đ c ti n x lí tr c khi lên men. Quá trình ti n x lí đ nâng cao hi uơ ạ ả ượ ề ử ướ ề ử ể ệ qu quá trình th y phân c n ph i tho mãn nh ng tiêu chu n sau:ả ủ ầ ả ả ữ ẩ 2. T ng quan tài li uổ ệ 7 • T o ra l ng đ ng có kh năng lên men cao nh t.ạ ượ ườ ả ấ • H n ch s phân h y các carbohydrate.ạ ế ự ủ • Gi m s hình thành nh ng ch t c ch vi sinh v t.ả ự ữ ấ ứ ế ậ • Linh ho t, và ph i có hi u qu kinh t cao.ạ ả ệ ả ế 2.3.2.1. Ph ng pháp n b ng áp l c h i n c ươ ổ ằ ự ơ ướ Năm 1980, quá trình ti n x lí biomass b ng ph ng pháp n b ng áp l c h i n cề ử ằ ươ ổ ằ ự ơ ướ đ c chính th c gi i thi u, ngay sau đó công ty Iotech Corporation đã ti n hành các thíượ ứ ớ ệ ế nghi m đ u tiên đ tìm hi u nh h ng c a ph ng pháp này đ n hàm l ng glucose vàệ ầ ể ể ả ưở ủ ươ ế ượ xylose thu đ c trong d ch th y phân cellulose. Theo Iotech, đi u ki n x lí t i u c aượ ị ủ ề ệ ử ố ư ủ holocellulose (xylose + glucose) là áp su t 500-550 psi, th i gian 40 giây.ấ ờ 2.3.2.2. C chơ ế Ph ng pháp n b ng áp l c h i n c là m t quá trình tác đ ng c h c, hóa h c vàươ ổ ằ ự ơ ướ ộ ộ ơ ọ ọ nhi t đ lên h n h p nguyên li u. Nguyên li u b phá v c u trúc d i tác d ng c a nhi t,ệ ộ ỗ ợ ệ ệ ị ỡ ấ ướ ụ ủ ệ 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 glycosidicơ ự ự ở ủ ơ ẩ ả ứ ủ ế trong nguyên li u.ệ Quá trình n h i n c g m các giai đo n sau:ổ ơ ướ ồ ạ a) Làm m nguyên li uẩ ệ b) Gi m áp đ t ng tả ộ ộ 2.3.2.3. Các y u t nh h ngế ố ả ưở Quá trình n b ng áp l c h i n c ch u nh h ng l n b i 2 y u t : nhi t đ và th iổ ằ ự ơ ướ ị ả ưở ớ ở ế ố ệ ộ ờ gian. • Th i gian l u:ờ ư th i gian l u nh h ng đ n s th y phân c a hemicellulose. Th iờ ư ả ưở ế ự ủ ủ ờ gian l u c a nguyên li u trong thi t b ph n ng càng dài thì hemicellulose đ cư ủ ệ ế ị ả ứ ượ th y phân càng nhi u. Nh ng n u gi nguyên li u trong thi t b quá lâu s d nủ ề ư ế ữ ệ ở ế ị ẽ ẫ 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 t.ế ự ủ ả ẩ ủ ạ ả ẩ ầ ế Vi c th y phân hemicellulose giúp cho quá trình th y phân cellulose di n ra thu nệ ủ ủ ễ ậ l i h n.ợ ơ • Nhi t đ :ệ ộ nhi t đ có m i quan h ch t ch v i áp su t trong thi t b . Nhi t đệ ộ ố ệ ặ ẽ ớ ấ ế ị ệ ộ càng cao thì áp su t càng cao và ng c l i. S gia tăng áp su t làm tăng s chênhấ ượ ạ ự ấ ự l ch gi a áp su t trong thi t b và áp su t khí quy n. T đó nh h ng đ n l c c tệ ữ ấ ế ị ấ ể ừ ả ưở ế ự ắ c a m khí hóa h i.ủ ẩ ơ 2.3.2.4. Thi t bế ị Hi n nay, StakeTech là m t trong nh ng thi t b s d ng trong quá trình ti n x lí kháệ ộ ữ ế ị ử ụ ề ử hi u qu . StakeTech là thi t b áp su t làm b ng thép không g , đ t n m ngang có th ch uệ ả ế ị ấ ằ ỉ ặ ằ ể ị đ c áp su t đ n 450 psig. Nguyên li u đ c n p vào liên t c ng c dòng b ng m t vítượ ấ ế ệ ượ ạ ụ ượ ằ ộ t i đ cân b ng v i áp l c bên trong thi t b . Nguyên li u di chuy n d n v phía c a tháoả ể ằ ớ ự ế ị ệ ể ầ ề ử li u. Th i gian l u c a nguyên li u đ c đi u khi n theo l p trình. Sau đó, d i tác d ngệ ờ ư ủ ệ ượ ề ể ậ ướ ụ c a l c nén ép, nguyên li u đ c đ y ra ngoài qua van tháo li u. Van hình c u, có th quayủ ự ệ ượ ẩ ệ ầ ể và m đ u đ n theo t ng kho ng th i gian đ t tr c theo t c đ s n xu t. Tùy vào đi uở ề ặ ừ ả ờ ặ ướ ố ộ ả ấ ề 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 nệ ả ấ ể ị ở ỗ ầ ả ẩ ị ố ẫ biomass đã x lí sang quá trình k ti p. Thi t b ph n ng StakeTech đang đ c s d ng ử ế ế ế ị ả ứ ượ ử ụ ở các tr ng đ i h c và là m t m t hàng có giá tr th ng ph m cao.ườ ạ ọ ộ ặ ị ươ ẩ Quá trình ti n x lí có th đ c th c hi n b ng h th ng thi t b ph n ng liên t c 2ề ử ể ượ ự ệ ằ ệ ố ế ị ả ứ ụ c p. Thi t b đ c thi t k d a trên m t tr c vít n m ngang và m t tr c vít đ t th ngấ ế ị ượ ế ế ự ộ ụ ằ ộ ụ ặ ẳ đ ng. Tr c vít th nh t dòng h i n c đ c d n vào 170-185ºC. Tr c vít th hai sứ ụ ứ ấ ơ ướ ượ ẫ ở ụ ứ ử d ng dòng acid loãng < 0.1 % ( tính theo kh i l ng) 205-225 ºC .ụ ố ượ ở 2.3.3. Giai đo n th y phânạ ủ 2.3.3.1. Th y phânủ b ng acidằ 2. T ng quan tài li uổ ệ 8 Quá trình th y phân acid ban đ u ch phá v c u trúc cellulose m t m c đ nh tủ ầ ỉ ỡ ấ ở ộ ứ ộ ấ đ nh. Quá trình th y phân di n ra theo các b c sau: ị ủ ễ ướ B c 1ướ : Acid xâm nh p vào m ng l i các vi s i c a biomassậ ạ ướ ợ ủ B c 2ướ : Xúc tác quá trình th y phânủ B c 3ướ : Gi i h n t c đ quá trình th y phân.ớ ạ ố ộ ủ 2.3.3.2. Các ph ng pháp x lí b ng acidươ ử ằ Th y phân nguyên li u biomass b ng acid g m có 2 ph ng pháp: ủ ệ ằ ồ ươ a) Th y phân b ng acid đ c:ủ ằ ặ Ph ng pháp th y phân b ng acid đ c g m các giai đo n sau:ươ ủ ằ ặ ồ ạ - Ti n th y phân đ lo i hemicelluloseề ủ ể ạ - Th y phân celluloseủ - Th y phân oligosaccharide thành glucoseủ b) Th y phân b ng acid loãng:ủ ằ Quá trình th y phân b ng acid loãng là quá trình x lí hóa nhi t đ th y phân celluloseủ ằ ử ệ ể ủ và hemicellulose nhi t đ cao. Các acid đ c s d ng nh acid sulfuride, hydrochloricở ệ ộ ượ ử ụ ư ho c acid nitric. Ti n hành th y phân v i n ng đ acid t 0.5-1.5% nhi t đ 160ºC. Đâyặ ế ủ ớ ồ ộ ừ ở ệ ộ là ph ng pháp đ c s d ng ph bi n trong th c t do l ng đ ng thu đ c cao t 75-ươ ượ ử ụ ổ ế ự ế ượ ườ ượ ừ 90% (Wooley và các c ng s , 1999, Sun and Cheng, 2002).ộ ự c) Qui trình th y phân biomass 2 giai đo nủ ạ Qui trình th y phân biomass 2 giai đo n là qui trình có nhi u tri n v ng và có tínhủ ạ ề ể ọ th ng m i cao. Đó là do:ươ ạ • Qui trình này s mau chóng đ c đ a vào các ho t đ ng th ng m i d a trên c sẽ ượ ư ạ ộ ươ ạ ự ơ ở ph ng pháp s d ng acid loãng.ươ ử ụ • Quá trình phân tách h n h p th y phân hemicellulose và cellulose thu đ c s nỗ ợ ủ ượ ả l ng và đ tinh khi t s n ph m cao. Vì các d ch th y phân đ c tách ra trong m iượ ộ ế ả ẩ ị ủ ượ ỗ giai đo n.ạ • Năng l ng tiêu hao cho toàn b quá trình th p.ượ ộ ấ Quá trình x lí đ c th c hi n qua 2 giai đo n nh sau:ử ượ ự ệ ạ ư 2.3.3.3. Thiết bị Quá trình th y phân biomass có th th c hi n trong các bình ph n ng. Ph ng phápủ ể ự ệ ả ứ ươ ngâm chi t có th th c hi n b ng cách cho dòng acid th m xuyên qua các c t nh i nhi uế ể ự ệ ằ ấ ộ ồ ề l p. Đây là thi t b khá thích h p cho ph ng pháp th y phân theo m . u đi m th nh tớ ế ị ợ ươ ủ ẻ Ư ể ứ ấ là lo i đ ng ngay khi nó đ c t o thành. Thi t b này ít t o thành các s n ph m phân h yạ ườ ượ ạ ế ị ạ ả ẩ ủ đ ng và các ch t c ch quá trình lên men, t o ra l ng đ ng l n. Đi m th 2, thi t bườ ấ ứ ế ạ ượ ườ ớ ể ứ ế ị có th ho t đ ng v i t l r n/ l ng khá cao. ể ạ ộ ớ ỉ ệ ắ ỏ Năm 1997 Torget và các c ng s phát minh ra thi t b ph n ng BSFT. Đây là thi t bộ ự ế ị ả ứ ế ị ch y qua l p co. Thi t k nh m gi đ ch t c a l p không đ i. Dòng acid đ c đ a quaả ớ ế ế ằ ữ ộ ặ ủ ớ ổ ượ ư thi 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 t b ng nế ị ớ ớ ậ ố ờ ư ủ ệ ế ị ắ h n so v i ph ng pháp ngâm chi t. Thi t b cho năng su t cao. S n ph m thu đ c cóơ ớ ươ ế ế ị ấ ả ẩ ượ hàm l ng ch t phân h y th pượ ấ ủ ấ 2. T ng quan tài li uổ ệ 9 r aử d ch th y phânị ủ Giai đo n ti n th y phânạ ề ủ d ch th y phânị ủ Giai đo n đ ng hóaạ ườ acid biomass h iơ n cướ bã lignin acid h iơ n cướ 2.3.3.4. Th y phân b ng enzymeủ ằ Đ th y phân c u trúc cellulose nh t là cellulose tinh th c n có s tham gia c a nhi uể ủ ấ ấ ể ầ ự ủ ề enzyme (Schwarz, 2001). Cellulase là m t h enzyme khá ph c t p. ộ ệ ứ ạ Cellulase bao g m 3 h p ph n c b n nh sau: endoglucanase, exoglucanaseồ ợ ầ ơ ả ư (cellobiohydrolase) và β-glucosidase (cellobiase). Cellulase ch đ c t ng h p khi t bào sinh v t phát tri n v i s có m t c a cellulose,ỉ ượ ổ ợ ế ậ ể ớ ự ặ ủ cellobiose, lactose, sophorose ho c các glucan khác có ch a liên k t β–1,4–glycosidicặ ứ ế (Gratzali và Brown, 1979). Các s n ph m cu i c a quá trình th y phân c ch tác d ng c aả ẩ ố ủ ủ ứ ế ụ 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 chủ ả ụ ả ẩ ỏ ị th y phân. ủ Trung tâm ho t đ ng c a enzyme cellulase ch a các g c amino acid đ c hi u. Trongạ ộ ủ ứ ố ặ ệ khi đó cellulose ch a các liên k t glycosidic. B electron σ đóng vai trò phân c c liên k t.ứ ế ộ ự ế Hi u ng c m ng c a nguyên t oxy trung tâm gây ra m t s t p trung tích đi n trênệ ứ ả ứ ủ ử ộ ự ậ ệ nguyên t oxy làm cho nguyên t oxy tích đi n âm. Còn các nguyên t cacbon k t h p v iử ử ệ ử ế ợ ớ nó b khuy t electron nên s tích đi n d ng. S khuy t electron trong liên k t b th yị ế ẽ ệ ươ ự ế ế ị ủ phân là y u t quan tr ng quy t đ nh kh năng th y phân. Tác d ng xúc tác c a enzyme doế ố ọ ế ị ả ủ ụ ủ s phân b electron quy t đ nh. ự ố ế ị 2.3.3.5. C ch quá trình th y phân biomassơ ế ủ Quá trình th y phân ti n hành nhi t đ 70ºC trong 1,5 ngày. S n ph m thu đ c cóủ ế ở ệ ộ ả ẩ ượ l ng glucose b ng 75-95% s g c glucose có trong nguyên li u.ượ ằ ố ố ệ Hi n nay, c ch th y phân c a h enzyme cellulase đ c ch p nh n di n ra theo cácệ ơ ế ủ ủ ệ ượ ấ ậ ễ b c sau:ướ • Endoglucanase th y phân liên k t β-1,4-glycosidic trong vùng vô đ nh hình t o raủ ế ị ạ nhi u đ u không kh . ề ầ ử • Sau đó exoglucanase c t các đ n v cellobiose t đ u không kh . ắ ơ ị ừ ầ ử • β-glucosidase ti p t c th y phân cellobiose t o ra glucose. ế ụ ủ ạ Hình 2.7: Quá trình th y phân cellulose b ng enzyme cellulase.ủ ằ S ph i h p ho t đ ng c a các enzyme r t c n thi t cho quá trình t i u hóa quá trìnhự ố ợ ạ ộ ủ ấ ầ ế ố ư th y phân. T n t i m i t ng quan tuy n tính gi a kh năng k t tinh và t c đ th y phânủ ồ ạ ố ươ ế ữ ả ế ố ộ ủ (Fan và c ng s ). Kh năng k t tinh càng cao thì t c đ th y phân càng ch m. Vùng vôộ ự ả ế ố ộ ủ ậ đ nh hình có t c đ th y phân g p 2 l n vùng k t tinh. ị ố ộ ủ ấ ầ ế 2. T ng quan tài li uổ ệ 10 Các y u t nh h ng đ n t c đ quá trình th y phânế ố ả ưở ế ố ộ ủ T c đ quá trình th y phân cellulose b ng cellulase ch u tác đ ng c a m t s các y uố ộ ủ ằ ị ộ ủ ộ ố ế t . Năm 2002, Lyn và c ng s đ a ra k t lu n nh sau:ố ộ ự ư ế ậ ư • T l k t tinhỉ ệ ế : đây là y u t chính nh h ng đ n quá trình th y phân. Các m chế ố ả ưở ế ủ ạ cellulose có tính k t tinh cao, các s i cellulose liên k t r t ch t ch . Do đó s c nế ợ ế ấ ặ ẽ ẽ ả tr quá trình ti p xúc c a enzyme v i các m ch cellulose bên trong và làm gi m t cở ế ủ ớ ạ ả ố đ quá trình th y phân. ộ ủ • M c đ polymer hóaứ ộ : m ch cellulose càng dài, t c đ th y phân càng ch mạ ố ộ ủ ậ (Walker và c ng s , 1990).ộ ự • Kích th c l x pướ ỗ ố : kích th c c a các l x p ph i đ l n cho các enzyme đi vào.ướ ủ ỗ ố ả ủ ớ Kích th c l x p càng l n quá trình th y phân càng nhanh.ướ ỗ ố ớ ủ • B m t ti p xúcề ặ ế : h u h t các chu i cellulose b gi u trong các vi s i- y u t c nầ ế ỗ ị ấ ợ ế ố ả tr s xâm nh p c a enzyme và gi i h n t c đ th y phân. B m t ti p xúc càngở ự ậ ủ ớ ạ ố ộ ủ ề ặ ế l n thì càng thu n l i cho quá trình th y phân.ớ ậ ợ ủ Hình 2.8: Quy trình s n xu t ethanol liên t c t Biomass ng d ng k thu t c đ nhả ấ ụ ừ ứ ụ ỹ ậ ố ị t bào n mế ấ Tóm l iạ : Nh v y, ph n t ng quan tài li u cho th y tình hình các nghiên c u v công ngh s nư ậ ầ ổ ệ ấ ứ ề ệ ả su t nhiên li u ethanol trên th gi i đ c bi t là t các ngu n ph ph m nôngấ ệ ế ớ ặ ệ ừ ồ ụ ẩ nghi p. Ngàyệ nay, ngu n nhiên li u m i đ thay th nhiên li u truy n th ng đang ngày càng đ c quanồ ệ ớ ể ế ệ ề ố ượ tâm t nhi u nhà nghiên c u cũng nh chính ph các n c. Vi c t ng quan tài li u giúp tácừ ề ứ ư ủ ướ ệ ổ ệ gi c a đ tài này nhìn nh n t t h n nh ng nh n đ nh, xu h ng nghiên c u v ethanolả ủ ề ậ ố ơ ữ ậ ị ướ ứ ề nhiên li u trong n c cũng nh th gi i. T đó ti p t c phát tri n nh ng nghiên c u theoệ ướ ư ế ớ ừ ế ụ ể ữ ứ nh ng h 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 tữ ướ ạ ế ữ ầ ậ ị ệ ừ ế ữ ế qu c a nh ng nghiên c u tr c nh m hoàn thi n h n k t qu thu đ c là đi u c n thi tả ủ ữ ứ ướ ằ ệ ơ ế ả ượ ề ầ ế cho đ tài này. Do đó nh ng nghiên c u trong đ tài đi theo h ng ti p t c c i thi nề ữ ứ ề ướ ế ụ ả ệ 2. T ng quan tài li uổ ệ 11 nh ng nghiên c u tr c trong n c cũng nh theo nh ng đ nh h ng c a các nghiên c u ữ ứ ướ ướ ư ữ ị ướ ủ ứ ở n c ngoài nh m hoàn thi n h n v m t thông tin và công ngh vi c s n su t ethanolướ ằ ệ ơ ề ặ ệ ệ ả ấ nhiên li u t r m. Nhi m v c th c a đ tài bao g m các n i dung c b n sau: ệ ừ ơ ệ ụ ụ ể ủ ề ồ ộ ơ ả 1. Kh o sát quá trình x lý r m rả ử ơ trên thi t b liên t c b ng h i n c áp su t cao cóạ ế ị ụ ằ ơ ướ ấ gi m áp đ t bi n (t đó so sánh v i quá trình x lý trên thiêt b nô h i châm tr cả ộ ế ừ ớ ử ́ ị ̉ ơ ̣ ướ đây). 2. Nghiên c u nh h ng c a quá trình n h i đ n hi u su t th y phân r m r b ngứ ả ưở ủ ổ ơ ế ệ ấ ủ ơ ạ ằ enzyme cellulase trên c s c i thi n nh ng nghiên c u tr c theo h ng liên t cơ ở ả ệ ữ ứ ướ ướ ụ hóa quá trình th c hi n.ự ệ 3. Nghiên c u kh năng th y phân r m r đã x lý b ng Enzyme Cellulase trên thi tứ ả ủ ơ ạ ử ằ ế b liên t c kêt h p ng d ng k thu t c đ nh t bào n m trong qua trinh lên men.ị ụ ́ ợ ứ ụ ỹ ậ ố ị ế ấ ́ ̀ 2. T ng quan tài li uổ ệ 12 3. TH C NGHI MỰ Ệ 1.6. Nguyên li uệ 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 cơ ạ ử ụ ứ ộ ố ằ ượ l y t xã Thái M , huy n C Chi, thành ph H Chí Minh. R m r đ c b oấ ừ ỹ ệ ủ ố ồ ơ ạ ượ ả qu n trong đi u ki n khô ráo, đ m <12% trong vòng 6 tháng. Toàn b nh ngả ề ệ ộ ẩ ộ ữ thí nghi m nghiên c u đ c th c hi n t i Trung tâm Nghiên c u Công nghệ ứ ượ ự ệ ạ ứ ệ L c Hóa D u, ĐH Bách khoa HCM.ọ ầ 1.6.2. Enzyme: Enzyme đ c s d ng là enzyme cellusoft L do công ty Novo Nordiskượ ử ụ – Đan M ch s n xu t. Cty Nam Giang 133/11 H Văn Huê, qu n Phú Nhu n,ạ ả ấ ồ ậ ậ HCM phân ph i. Cellusoft L, có d ng l ng, màu nâu đ . Cellusoft L đ c nuôiố ạ ỏ ỏ ượ c y t gi ng Trichoderma reesei b ng ph ng pháp lên men chìm v i ho t tínhấ ừ ố ằ ươ ớ ạ bi u th 1500 NCU/g. Ho t tính NCU đ c xác đ nh theo ph ng pháp phân tíchể ị ạ ượ ị ươ c a Novo Nordisk, AF 187,2. Nhi t đ làm vi c t t nh t là 50ủ ệ ộ ệ ố ấ oC, pH = 4,8. 1.7. Thi t ế b ị s ử d ngụ 1.7.1. Thi t b n h iế ị ổ ơ : Thi t b n h i đ c thi t k và ch t o nh m th c hi n quáế ị ổ ơ ượ ế ế ế ạ ằ ự ệ trình liên t c.ụ 1.7.2. H th ng c p n c nóngệ ố ấ ướ : H th ng c p n c nóng có kh năng cài đ t và tệ ố ấ ướ ả ặ ự đ ng đi u ch nh nhi t đ và áp su t. Nhi t đ t i đa c a n c nóng cung c pộ ề ỉ ệ ộ ấ ệ ộ ố ủ ướ ấ b i thi t b là 270ở ế ị oC, áp su t làm vi c t i đa 50bar, l u l ng có th thay đ iấ ệ ố ư ượ ể ổ đ c t 100ml/p – 1000ml/p b ng b m nh p li u áp su t cao.ượ ừ ằ ơ ậ ệ ở ấ 1.7.3. B l c đi u nhi tể ắ ề ệ : B l c đi u nhi t : s d ng n c làm ch t t i nhi t. ể ắ ề ệ ử ụ ướ ấ ả ệ Nhi tệ đ làm vi c 40 – 90ộ ệ oC. 1.7.4. Máy s c kí l ng hi u năng cao (HPLC): ắ ỏ ệ Máy s c kí l ng hi u năng caoắ ỏ ệ (HPLC) SHIMADZU (Đ u dò RID – 10A; B m cao áp LC – 20AD; B ph nầ ơ ộ ậ tách khí DGU – 20 A3; B ph n lò c t CTO – 20A; B x lý và máy in C –ộ ậ ộ ộ ử R8A; C t s d ng phân tích là SUGAR SH101, 8mmID×300mml). Pha tĩnh làộ ử ụ coopolymer c a styrene divinylbenzene, pha đ ng dung d ch Hủ ộ ị 2SO4 0,05M. • N i h p ti t trùng y t ồ ấ ệ ế • Kính hi n vi. ể • Bu ng đ m h ng c u ồ ế ồ ầ • 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 ậ • T s y ủ ấ • Lò nung 1.8. Các ph ng pháp s d ng trong nghiên c uươ ử ụ ứ 1.8.1. Phân tích nguyên li u và s n ph m n h iệ ả ẩ ổ ơ Nguyên li u và s n ph m sau n h i đ c phân tích thành ph n s i (béo, trích ly,ệ ả ẩ ổ ơ ượ ầ ợ hemicellulo, cellulo, lignin) đ xác đ nh hi u su t cũng nh đánh giá hi u qu c a quá trìnhể ị ệ ấ ư ệ ả ủ n h i. ổ ơ 1.8.1.1. Phân tích hàm m: ẩ Nguyên li u đ c cân chính xác v i kh i l ng mệ ượ ớ ố ượ 1 sau đó cho vào t s y 105ủ ấ ở oC trong vòng 8 gi . Cân l i kh i l ng chính xác mờ ạ ố ượ 2. Đ mộ ẩ c a r m r đ c tính theo công th c sau: ủ ơ ạ ượ ứ 3. Th c nghiêmư 13 1.8.1.2. Phân tích thành ph n béo: ầ Nguyên li u đ c s y khô đem nghi n nh vàệ ượ ấ ề ỏ rây qua rây 250µm. Cân 10g m u cho vào Glass fiber filter (GFF), cân kh i l ng GFF vàẫ ố ượ m u đ c W’1.Chu n b 300 ml h dung môi Ethanol/Benzene v i t l 1:2. Cho vào bìnhẫ ượ ẩ ị ệ ớ ỷ ệ c u có dung tích 500ml. Đ t GFF có ch a m u vào soxhlet. Đun sôi trong dung môi (80ầ ặ ứ ẫ oC) kho ng 6 gi . L y GFF ra kh i soxhlet, s y trong t s y nhi t đ 105ả ờ ấ ỏ ấ ủ ấ ở ệ ộ oC trong vòng 8 gi . Cân l i kh i l ng GFF, W’2 = (các thành ph n khác c a r m r + GFF). ờ ạ ố ượ ầ ủ ơ ạ Tính l ngượ ch t béo đã tách ra:ấ W’ = W’1 – W’2 1.8.1.3. Phân tích thành ph n NDS (thành ph n trích ly): ầ ầ L y 0.5g nguyên li uấ ệ (m1) đ c s y khô và nghi n nh cho vào bình c u. L y 100ml dung d ch NDS, 2mlượ ấ ề ỏ ầ ấ ị decahydronaphtalene và 0,5g natri sulfite sau đó đun sôi tu n hoàn trong vòng 60 phút. L cầ ọ dung d ch b ng ph u Gooch Crucible, sau đó r a b ng n c sôi (vài l n) và acetone (2ị ằ ễ ử ằ ướ ầ l n). S y khô Crucible nhi t đ 105ầ ấ ở ệ ộ oC trong vòng 8h sau đó cân kh i l ng crucibleố ượ (W1). W1 = x s i (cellulose + cellulose + lignin) + tro + crucibleơ ợ Nung Crucible trong lò nung (500 → 5500C) trong 3 gi , sau đó cân l i kh i l ngờ ạ ố ượ Crucible (W2) W2 = tro + crucible. Tính kh i l ng x s i: x s i (cellulose +ố ượ ơ ợ ơ ợ hemicellulose + lignin) = W1 – W2. 1.8.1.4. Phân tích thành ph n ADS (hemicellulo): ầ Cân chính xác 1g m u khô mẫ 2 cho vào bình c u cùng v i 100ml dung d ch ADS, 2ml decahydronaphtalene. Đun sôi tu n hoànầ ớ ị ầ trong vòng 60 phút. L c h n h p b ng ph u Gooch Crucible, r a bã b ng n c sôi 2 l n.ọ ỗ ợ ằ ễ ử ằ ướ ầ Sau đó r a b ng acetone đ n khi n c r a không màu. S y khô Crucible 105ử ằ ế ướ ử ấ ở oC, sau 8h, 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): ầ S i sau khi s lý ADS đ c hòa tanợ ử ượ cellulo b ng dung Hằ 2SO4 72% nhi u l n, ph n còn l i không tan trên Gooch Crucible làề ầ ầ ạ lignin và tro trong trong ph n ADS. Bã sau đó đ c r a k v i n c sôi nhi u l n. S yầ ượ ử ỹ ớ ướ ề ầ ấ khô crucible trong t s y 105ủ ấ ở oC trong vòng 8 gi , sau đó cân l i kh i l ng crucible W5:ờ ạ ố ượ W5 = lignin + tro + crucible. Đun crucible trong lò nung, nhi t đ 500 – 550ệ ộ oC, trong 3 gi . Cân l i crucible: W6 = tro + crucibleờ ạ 3.3.1.6. Phân tích tro: Cân 1g m u đã qua nghi n nh , rây, s y khô 105ẫ ề ỏ ấ ở 0C đ nế kh i l ng không đ i. Cân chính xác kh i l ng m u và ghi l i (mố ượ ổ ố ượ ẫ ạ 3).Cho m u vào c cẫ ố nung và cân kh i l ng c c nung mố ượ ố 4. Đem c c nung 500 – 550ố ở 0C trong 3 gi , sau đó cânờ l i kh i l ng c c (mạ ố ượ ố 5) Tính toán các thành ph n trong phân tích s iầ ợ 3. Th c nghiêmư 14 1.8.2. Phân tích n ng đ dung d ch đ ngồ ộ ị ườ Dung d ch đ ng gluco thu đ c t dung d ch th y phân hay lên men đ c phân tíchị ườ ượ ừ ị ủ ượ b ng máy HPLC. Pha đ ng là dung d ch Hằ ộ ị 2SO4 0,05N đ c l c qua màng l c 0,45µm.ượ ọ ọ Dung d ch đ ng chu n đ c pha t gluco tinh khi t 98% c a WAKO v i các n ng đ tị ườ ẩ ượ ừ ế ủ ớ ồ ộ ừ 0,1g/l – 1,5g/l (đ ng chu n gluco có th xem thêm t i ph n ph l c). Ch đ phân tíchườ ẩ ể ạ ầ ụ ụ ế ộ đ c gi nh sau: nhi t đ oven 60ượ ữ ư ệ ộ 0C, nhi t đ RID 40ệ ộ 0C, ch đ dòng 1ml/phút. ế ộ Các lo i đ ng khác nh xylose, arabinose, galactose, mannose, cellobio cũng đ cạ ườ ư ượ 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 ngớ ế ộ ạ ư ố ớ ấ ẩ ủ ạ ườ này đ c l y t hóa ch t tinh khi t c a WAKO.ượ ấ ừ ấ ế ủ 1.8.3. H ng nghiên c uướ ứ Nh ng nghiên c u trong báo cáo này xoay quanh 3 v n đ chính: ữ ứ ấ ề 1. Kh o sát quá trình x lý r m r trên thi t b liên t c b ng h i n c áp su t cao cóả ử ơ ạ ế ị ụ ằ ơ ướ ấ gi m áp đ t bi n.ả ộ ế 2. Nghiên c u nh h ng c a quá trình n h i đ n hi u su t th y phân r m r b ngứ ả ưở ủ ổ ơ ế ệ ấ ủ ơ ạ ằ enzyme cellulase trên c s c i thi n nh ng nghiên c u tr c theo h ng liên t cơ ở ả ệ ữ ứ ướ ướ ụ hóa quá trình th c hi n.ự ệ 3. Nghiên c u kh năng th y phân r m rứ ả ủ ơ ạ đã x lý b ng Enzymử ằ e Cellulase trên thi tế b liên t c ị ụ kêt h ṕ ợ ng d ng k thu t c đ nh t bào nứ ụ ỹ ậ ố ị ế ấm trong qua trinh lên men.́ ̀ Trình t làm thí nghi m đ c trình bày nh s đ sau:ự ệ ượ ư ơ ồ 3.3. Th c nghi mự ệ 3.4.1. Xác đ nh đ m nguyên li u ban đ uị ộ ẩ ệ ầ 3.4.2. Kh o sát quá trình n h i: ả ổ ơ Theo các k t qu nghiên c u tr c đây c aế ả ứ ướ ủ chúng tôi v i ph ng pháp n h i theo m , gián đo n, phớ ươ ổ ơ ẻ ạ ng pháp n h iươ ổ ơ nhanh cho hi u qu ệ ả t t v i 70% m và th i gian l u là 2ph. Trong khuôn kh đ tài này, chúng ta số ớ ẩ ờ ư ổ ề ẽ đi sâu kh o sát nh h ng c a ả ả ưở ủ nhi t đ n h iệ ộ ổ ơ đ n quá trình th y phân.ế ủ 3.4.3. Kh o sát nh h ng c a nhi t đ đ n đ thu h i bã n h iả ả ưở ủ ệ ộ ế ộ ồ ổ ơ 3.4.4. Kh o sát nh h ng c a nhi t đ đ n thành ph n bã n h iả ả ưở ủ ệ ộ ế ầ ổ ơ 3.4.5. Kh o sát s bi n đ i hàm l ng Cellulose nguyên li u tr c và sau nả ự ế ổ ượ ệ ướ ổ h iơ 3.4.6. Kh o sát nh h ng c a các ch đ n h i đ n quá trình th y phânả ả ưở ủ ế ộ ổ ơ ế ủ Bã sau n h i đ c đem đi th y phân đ n t n cùng. Các thông s c a quá trình thuổ ơ ượ ủ ế ậ ố ủ ỷ phân đ c l a ch n là t t nh t t nh ng nghiên c u tr c đây: Nhi t đ th y phân =ượ ự ọ ố ấ ừ ữ ứ ướ ệ ộ ủ 500C; pH th y phân = 4,8; T l bã = 5% ; T l enzyme = 2%; Th i gian th y phân = 48ủ ỷ ệ ỷ ệ ờ ủ gi . K t thúc quá trình th y phân, m u đ c l y ra đem đi phân tích n ng đ glucose b ngờ ế ủ ẫ ượ ấ ồ ộ ằ máy HPLC. 3.4.7. Xây d ng gi n đ n ng đ Gluco – % Enzym – th i gian th y phânự ả ồ ồ ộ ờ ủ Chu n b 20 m u th y phân ng v i t l Enzym khác nhau t : 0,1 %, 0,25%, 0,5%,ẩ ị ẩ ủ ứ ớ ỷ ệ ừ …, 1,75%, 2%; Nhi t đ th y phân = 50ệ ộ ủ 0C; pH th y phân = 4,8; T l bã = 5% .ủ ỷ ệ Ti n hành l y m u các m c th i gian: 1h, 2h, …, 10h; sau đó m u đ c phân tíchế ấ ẫ ở ố ờ ẫ ượ n ng đ glucose b ng máy HPLC.ồ ộ ằ 3. Th c nghiêmư 15 nguyên li uệ Th y phân riêng ủ bi tệ Ti n x lý (n h i)ề ử ổ ơ Th y phân liên t củ ụ Enzy me Nấ m men 3. Th c nghiêmư 16 4. K T QU VÀ BÀN LU NẾ Ả Ậ 1.9. Thành ph n nguyên li u tr c n h iầ ệ ướ ổ ơ Nguyên li u đem đi phân tích theo ph ng pháp đã trình bày m c trên. K t qu phânệ ươ ở ụ ế ả tích thành ph n nh sau:ầ ư Thành ph nầ Cellulose Hemicellulose Lignin Tro Resin Ch t trich lyấ Hàm l ng(%)ượ 37,87 21,67 5,07 10,69 1,32 22,49 B ng ả 2: Thành ph n nguyên li u r m tr c n h iầ ệ ơ ướ ổ ơ S li u thành ph n c a r m rố ệ ầ ủ ơ ạ trên ch t ng ng v i ngu nở ỉ ươ ứ ớ ồ nguyên li u xã Thái M , n u sệ ở ỹ ế ử d ng ngu n nguyên li u các vùngụ ồ ệ ở khác thì s có s thay đ i tùy vàoẽ ự ổ đi u ki n, đ t đai v.v… ề ệ ấ Hàm l ng Cellulose c a R mượ ủ ơ là 37,87 % 1.10. Quá trình n h i ổ ơ 1.10.1. N h i ch mổ ơ ậ T k t qu c a nh ng nghiên c u tr c đâyừ ế ả ủ ữ ứ ướ , ta có: • Quá trình x lý n h i ch m là c n thi t đ làm tăng kh năng th y phânử ổ ơ ậ ầ ế ể ả ủ cellulose thành đ ng có kh năng lên men đ c bi t khi s d ng enzyme.ườ ả ặ ệ ử ụ Ch đ n h i h p lý đ c l a ch n: Nhi t đ n h i = 210ế ộ ổ ơ ợ ượ ự ọ ệ ộ ổ ơ 0C ; Đ m =ộ ẩ 95,2%. • Các thông s ch n l a trên tiêu chí c c đ i n ng đ c n c a quá trình th yố ọ ự ự ạ ồ ộ ồ ủ ủ phân b ng enzyme là: Nhi t đ th y phân = 50ằ ệ ộ ủ 0C; pH th y phân = 4.8; T lủ ỷ ệ bã = 5%; T l enzyme = 2%; Th i gian th y phân = 48 gi .ỷ ệ ờ ủ ờ o N ng đ glucoseồ ộ đ t đ c kho ng:ạ ượ ả Đ i v i r m : Cố ớ ơ Glu = 3,6% o Đ chuy n hóa Cellulose nguyên li u ban đ u thành Glucoseộ ể ệ ầ : Đ i v iố ớ r m: H = 69,2%ơ 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 tế ổ ơ ậ ầ ả ấ ộ ả ờ ể ề ệ cho n c nóng lên. M t khác l ng n c s d ng cho quá trình này là r t nhi u so v iướ ặ ượ ướ ử ụ ấ ề ớ l ng r m cho vào (đ m trên 95%). Đ i v i ph ng pháp này không th ti n hành nượ ơ ộ ẩ ố ớ ươ ể ế ổ 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 c truy nơ ơ ạ ế ơ ẽ ị ụ ộ ệ ượ ề vào trong. Quá trình này di n ra ch m và th i gian r m n m trong thi t b lâu nên nhi t đễ ậ ờ ơ ằ ế ị ệ ộ n h i th p. Bên c nh vi c t n quá nhi u năng l ng cho gia nhi t trong n h i do l ngổ ơ ấ ạ ệ ố ề ượ ệ ổ ơ ượ n 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 đướ ử ụ ớ ờ ự ệ ị ộ ả ở ớ ể nâng cao năng su t thi t b và tính kinh t c a quá trình n h i ch m. ấ ế ị ế ủ ổ ơ ậ 1.10.2. N h i nhanhổ ơ Nh ng nh c đi m n h i nhanh nhi t đ cao đ c nghiên c u nh m kh c ph cữ ượ ể ổ ơ ở ệ ộ ượ ứ ằ ắ ụ h n ch trên. Nhi t đ liên quan đ n áp su t h i bão hòa do đó nhi t đ nh h ng đ nạ ế ệ ộ ế ấ ơ ệ ộ ả ưở ế 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 cácả ắ ỏ ạ ờ ư ế ỗ ế ộ ớ 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.ệ ụ ứ ộ ỏ ứ ộ ờ ạ ợ M t s hình nh ngo i quan c a bã n h i theo nhi t đ sau đây:ộ ố ả ạ ủ ổ ơ ệ ộ 4. Kêt qu và bàn luâń ả ̣ 17 Hemicellulo 21.67 % Cellulo 37.87 % Lignin 5.07 % Tro 10.69 % Resin 1.32 % Ch t trich ly ấ 22.49 % Hình 4.9: Biêu đô thành ph n nguyên li u r m̉ ̀ ầ ệ ơ tr c n h iướ ổ ơ Nh n xét:ậ •Khi n h i nhi t đ th p d i 220ổ ơ ở ệ ộ ấ ướ 0C các s i cellulo v n còn có chi u dài l n, b k tợ ẫ ề ớ ị ế búi không r i r c. Đi u này s gây khó khăn cho các quá trình sau v kh năngờ ạ ề ẽ ề ả khu y tr n cũng nh nh p li u. ấ ộ ư ậ ệ Tóm lai, quá trình n h i do đó ph i c t nh đ c các s i cellulo. D a vào đánh giáổ ơ ả ắ ỏ ượ ợ ự 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 nả ̣ ́ ̣ ấ ệ ộ ờ ạ ầ ả ế ổ h i v i nhi t đ t :ơ ớ ệ ộ ừ Đ i v i r m : 220ố ớ ơ 0C  2400C. 1.10.3. nh h ng c a nhi t đ n h i đ n đ thu h i nguyên li u sau n h iẢ ưở ủ ệ ộ ổ ơ ế ộ ồ ệ ổ ơ nh h ng c a nhi t đ đ n hi u su t thu h iẢ ưở ủ ệ ộ ế ệ ấ ồ 40 45 50 55 60 65 70 215 220 225 230 235 240 245 Hi u su t thu h i (%)ệ ấ ồ Nhiệt độ (0C) Hình 4.11: Đ th quan h gi a nhi t đ và hi u su t thu h i r mồ ị ệ ữ ệ ộ ệ ấ ồ ơ  Khi nhi t ệ đ tộ ăng cao, hi u su t thu h i gi mệ ấ ồ ả . 1.10.4. nh h ng c a nhi t đ n h i đ n hàm l ng Cellulose nguyên li u sauẢ ưở ủ ệ ộ ổ ơ ế ượ ệ n h iổ ơ nh h ng c a nhi t đ đ n hàm l ng Cellulose Ả ưở ủ ệ ộ ế ượ nguyên li u sau n h iệ ổ ơ 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 215 220 225 230 235 240 245 Nhi t đ ( ệ ộ 0C) Hàm l ng Cell ượ bã (%) Hình 4.12: Đ th quan h gi a nhi t đ và hàm l ng Cellulose bã r m n h iồ ị ệ ữ ệ ộ ượ ơ ổ ơ 4. Kêt qu và bàn luâń ả ̣ 18 Hình 4.10: R m r n h i các nhi tơ ạ ổ ơ ở ệ đ khác nhauộ  Khi nhi t đ n h i tăng, hàm l ng Cellulose có khuynh h ng tệ ộ ổ ơ ượ ướ ăng lên. o Hàm l ng Cellulose đ t giá tr c c đ i: ượ ạ ị ự ạ R mơ , t i 230ạ 0C, % Cell = 53,10  Ti p t c tăng nhi t đ nô h i, hàm l ng Cellulose gi m d n.ế ụ ệ ổ ̉ ơ ượ ả ầ 42.56 53.1 0 10 20 30 40 50 60 Trấu sau nô ̉ hơi Rơm sau nô ̉ hơi % Cell trong ba ̃ nô ̉ h iơ Hình 4.13: Biêu đô so sánh % Cell c a bã Trâu va R m sau nô h i.̉ ̀ ủ ́ ̀ ơ ̉ ơ Chúng ta có thê lý gi i điêu này nh sau: quá trình nô h i (steam – explosion) là quá̉ ả ̀ ư ̉ ơ trình vât lý s d ng h i n c áp suât cao đê phá v câu trúc v ng chăc lignocellulose, cḥ ử ụ ơ ướ ́ ̉ ỡ ́ ữ ́ ủ yêu đê phá b l p lignin và hemicellulose. Ngoài ra, thành phân l p silica hay các chât vô ć ̉ ỏ ớ ̀ ớ ́ ơ cũng s b phá h y môt phân trong quá trình này, t o điêu kiên thu n l i cho quá trình th yẽ ị ủ ̣ ̀ ạ ̀ ̣ ậ ợ ủ phân và lên men. Nh vây quá trình nô h i ư ̣ ̉ ơ đã làm gi m ả đáng kê các thành phân không mong̉ ̀ muôn nh lignin, hemicellulose, các thành phân vô c v.v…T ́ ư ̀ ơ ừ đó làm tăng thành phâǹ Cellulose. Khi tăng nhiêt ̣ đô c a quá trình nô h i, ̣ ủ ̉ ơ đô chênh áp bên trong thiêt b và bên ngoài ṭ ́ ị ăng, câu trúc lignocellulose b tác đông phá v m nh m h n, câu trúc sau nô h i b “bung” ra tôt́ ị ̣ ỡ ạ ẽ ơ ́ ̉ ơ ị ́ h n, câu trúc lignocellulose càng m n h n. Đ ng th i kha năng hòa tan các thành ph nơ ́ ị ơ ồ ờ ̉ ầ không mong mu n nh lignin, hemicellulose cũng tăng. Vì v y ph n trăm Cellulose tăngố ư ậ ầ d n.ầ Nh ng khi nhi t đ n h i ti p t c tăng quá cao, hi u su t Cellulo l i gi m d n. Do ư ệ ộ ổ ơ ế ụ ệ ấ ạ ả ầ ở nhi t đ cao, lignin b kêt t và tái phân bô l i trên x nô h i, hâu nh ít b hòa tan theoệ ộ ị ́ ụ ́ ạ ơ ̉ ơ ̀ ư ị d ch nô h i [7]. Ngoài ra, khi nhiêt đô càng cao, hàm l ng Cellulose b hòa tan càng nhiêu.ị ̉ ơ ̣ ̣ ượ ị ̀ Vì vây, phân tṛ ̀ ăm Cellulose s gi m dân.ẽ ả ̀ Tom lai:́ ̣ •Quá trinh tiên x ly la cân thiêt cho nguyên liêu vi lam tăng % Cell va lam t i xôp câù ̀ ử ́ ̀ ̀ ́ ̣ ̀ ̀ ̀ ̀ ơ ́ ́ truc s i Cell thuân l i cho qua trinh thuy phân.́ ợ ̣ ợ ́ ̀ ̉ oQuá trinh nô h i nhanh cho hiêu qua x ly co thê xem la thich h p nhât cho hiêu quà ̉ ơ ̣ ̉ ử ́ ́ ̉ ̀ ́ ợ ́ ̣ ̉ thu hôi Cell sau nô h i la: ̀ ̉ ơ ̀ R mơ , t i 230ạ 0C, % Cell = 53,10. •Đê đanh gia m c đô hiêu qua ph ng phap nô h i nhanh, ta tiên hanh khao sat qua trinh̉ ́ ́ ứ ̣ ̣ ̉ ươ ́ ̉ ơ ́ ̀ ̉ ́ ́ ̀ thuy phân Cell thanh Gluco.̉ ̀ 1.11. Quá trình th y phânủ Đ i v i quá trình th y phân, 3 y u t xác đ nh hi u qu c a quá trình là: n ng đố ớ ủ ế ố ị ệ ả ủ ồ ộ 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 yệ ấ ạ ệ ấ ủ ổ ơ ệ ấ ủ 4. Kêt qu và bàn luâń ả ̣ 19 phân tính trên nguyên li u thô ban đ u) và kh năng chuy n hóa Cellulo trong nguyên li uệ ầ ả ể ệ thô ban đ u thành Gluco. T đó đánh giá hi u quà c a thi t b n h i nhanh so v i thi t bầ ừ ệ ủ ế ị ổ ơ ớ ế ị n h i ch m tr c đây.ổ ơ ậ ướ Nguyên li u sau n h i đ c đem ti n hành th y phân hoàn toàn. N ng đ Gluco t oệ ổ ơ ượ ế ủ ồ ộ ạ ra trong dung d ch đ c phân tích b ng HPLC. K t qu thu đ c nh sau:ị ượ ằ ế ả ượ ư 1.11.1. nh h ng c a nhi t đ n h i đ n hi u su t th y phân nguyên li u sauẢ ưở ủ ệ ộ ổ ơ ế ệ ấ ủ ệ n h iổ ơ nh h ng c a nhi t đ đ n hi u su t th y phân r m sau n Ả ưở ủ ệ ộ ế ệ ấ ủ ơ ổ h iơ 20 30 40 50 60 70 80 90 215 220 225 230 235 240 245 Nhi t đ (ệ ộ 0C) Hi u su t th y ệ ấ ủ phân bã tr u (%)ấ Hình 4.14: Đ th quan h gi a nhi t đ và hi u su t th y phân bã r m n h iồ ị ệ ữ ệ ộ ệ ấ ủ ơ ổ ơ 1.11.2. nh h ng c a nhi t đ n h i đ n hi u su t thu h i Glucose tính trênẢ ưở ủ ệ ộ ổ ơ ế ệ ấ ồ nguyên li u ban đ uệ ầ nh h ng c a nhi t đ đ n hi u su t thu h i Gluco Ả ưở ủ ệ ộ ế ệ ấ ồ tính trên nguyên li u r m ban đ uệ ơ ầ 30 35 40 45 50 215 220 225 230 235 240 245 Nhi t đ ệ ộ0C Hi u su t thu ệ ấ h i Gluco (%)ồ Hình 4.15: Đ th quan h gi a nhi t đ và hi u su t thu h i Gluco tính trên nguyênồ ị ệ ữ ệ ộ ệ ấ ồ li u r m ban đ uệ ơ ầ 4. Kêt qu và bàn luâń ả ̣ 20 1.11.3. nh h ng c a nhi t đ n h i đ n kh năng chuy n hóa Cellulose trongẢ ưở ủ ệ ộ ổ ơ ế ả ể nguyên li u ban đ u thành Glucoệ ầ 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 ệ ộ ổ ơ ế ả ể ơ nguyên li u ban đ u thành Gluco ệ ầ 55 60 65 70 75 80 85 215 220 225 230 235 240 245 Hàm l ng Cell nguyên li u ượ ệ chuy n hóa (%)ể Nhi t đ (ệ ộ 0C) Hình 4.16: Đ th quan h gi a nhi t đ và kh năng chuy n hóa Cellulose trongồ ị ệ ữ ệ ộ ả ể nguyên li u r m ban đ uệ ơ ầ D a vào đ th trên ta có nh ng nh n xét nh sau:ự ồ ị ữ ậ ư 1. Khi nhi t đ n h i tăng, hi u su t th y phân bã, hi u su t th y phân tính trênệ ộ ổ ơ ệ ấ ủ ệ ấ ủ nguyên li u thô và kh năng chuy n hóa Cellulo thành Gluco tính trên Cellulo nguyên li uệ ả ể ệ thô đ u tăng.ề  Khi tăng nhi t đ c a quá trình n h i, đ chênh áp bên trong thi t b và bên ngoàiệ ộ ủ ổ ơ ộ ế ị tăng, cho c u trúc lignocellulose b tác đ ng phá v m nh h n, c u trúc sau n h i bấ ị ộ ỡ ạ ơ ấ ổ ơ ị “bung” ra t t h n, c u trúc lignocellulose càng m n h n. Đi u này t o đi u ki nố ơ ấ ị ơ ề ạ ề ệ thu n l i cho Enzyme xâm nh p th y phân Cellulo d dàng và đ t hi u qu cao h n.ậ ợ ậ ủ ễ ạ ệ ả ơ 2. Ch đ n h i t t nh t cho quá trình th y phân nh sau:ế ộ ổ ơ ố ấ ủ ư o R m ơ T i 230ạ 0C N ng đồ ộ Gluco(%) Hi u su tệ ấ th y phân bãủ (%) Hi u su t th y phân tínhệ ấ ủ trên nguyên li u thô (%)ệ Đ chuy n hóaộ ể CellNL Gluco (%) 4,28 85,6 48,77 81,19  Khi tăng nhi t ệ đ lên trên các giá tr t i u này, hi u su t thu h i vàộ ị ố ư ệ ấ ồ hi u qu th y phân cũng kém ệ ả ủ đi rõ r t. ệ Đi u này phù h p v i nh ng gi thích c aề ợ ớ ữ ả ủ Tanahashi v s tái polyme hóa lignin gây c n tr quá trình th y phân cellulo. H n n a khiề ự ả ở ủ ơ ữ tăng nhi t ệ đ n h i lên trên các giá tr này, trong môi tr ng acid m t ph n cellulo cũng bộ ổ ơ ị ườ ộ ầ ị th y phân thành gluco và nhanh chóng chuy n thành HMF làm gi m hi u su t quá trình.ủ ể ả ệ ấ  Khi nhi t đ th p h n các giá tr t i u trên, tác đ ng nhi t đ vàệ ộ ấ ơ ị ố ư ộ ệ ộ áp su t không đ l n đ làm t i x p c u trúc Cellulo, Enzyme khó khăn xâm nh p đ th yấ ủ ớ ể ơ ố ấ ậ ể ủ phân Cellulo vì v y hi u su t quá trình không cao.ậ ệ ấ Nguyên li u R m cho n ng đ Gluco và hi u su t th y phân toàn b đ u t t ệ ơ ồ ộ ệ ấ ủ ộ ề ố 4. Kêt qu và bàn luâń ả ̣ 21 020 40 60 80 100 N ng đ ồ ộ Hi u su t th yệ ấ ủ phân bã Hi u su t th yệ ấ ủ phân tính trên nguyên li u thôệ Đ chuy n hóaộ ể Cell NL thành Gluco % Rơm Trấu Hình 4.17: Đ th so sanh hiêu qua qua trinh thuy phân gi a trâu va r m sau nô h iồ ị ́ ̣ ̉ ́ ̀ ̉ ữ ́ ̀ ơ ̉ ơ 3. Nh v y, so v i các s li u t nh ng nghiên c u tr c đây trên thi t b n h iư ậ ớ ố ệ ừ ữ ứ ướ ế ị ổ ơ ch m, ta th y thi t b n h i nhanh cho hi u quà th y phân t t h n. Kh nậ ấ ế ị ổ ơ ệ ủ ố ơ ả ăng chuy n hóaể Cell trong nguyên li u thành Gluco khi nguyên li u ệ ệ đ c ti n x lý b ng thi t b n h iượ ề ử ằ ế ị ổ ơ nhanh t t h n khi ố ơ đ c ti n x lý b ng thi t b n h i ch m.ượ ề ử ằ ế ị ổ ơ ậ 0 20 40 60 80 N h i ch mổ ơ ậ N h i nhanhổ ơ % Nồng độ Gluco (%) Đ ộchuyển hóa Cell Nl thành Gluco (%) Hình 4.18: Đ th so sanh hiêu qua qua trinh thuy phân cua r m nô h i băng ph ngồ ị ́ ̣ ̉ ́ ̀ ̉ ̉ ơ ̉ ơ ̀ ươ phap nô h i châm so v i nô h i nhanh́ ̉ ơ ̣ ớ ̉ ơ Có th đ c gi i thích nh sau:ể ượ ả ư  Thi t b n h i nhanh cho phép thao tác nh ng ch đ nhi t đ cao h n so v iế ị ổ ơ ở ữ ế ộ ệ ộ ơ ớ n h i ch m.ổ ơ ậ  Vi c kh ng ch hàm m và th i gian l u khiên quá trình nô h i chính xác và cóệ ố ế ẩ ờ ư ́ ̉ ơ hiêu qua h n.̣ ̉ ơ 4. Kêt qu và bàn luâń ả ̣ 22 K t lu n quá trình n h iế ậ 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: ư ậ ớ ổ ơ ậ ổ ơ ề ư ể ơ u đi m:Ư ể •Th i gian n h i đ c rút ng n giúp tăng năng su t thi t b lên g p nhi u l n.ờ ổ ơ ượ ắ ấ ế ị ấ ề ầ •Ti t ki m đ c chi phí năng l ng vì l ng m s d ng ít h n (n h i nhanh có thế ệ ượ ượ ượ ẩ ử ụ ơ ổ ơ ể ti n hành v i đ khô >30% thay vì 5-10% nh n h i ch m).ế ớ ộ ư ổ ơ ậ •Nhi t đ ti n hành n h i cao nên nâng cao đ t i x p c a cellulo đ ng th i c t ng nệ ộ ế ổ ơ ộ ơ ố ủ ồ ờ ắ ắ các s i cellulo t o thu n l i cho các quá trình sau.ợ ạ ậ ợ •Hi u su t quá trình th y phân cao h n.ệ ấ ủ ơ H n ch :ạ ế •Ti n hành n h i nhi t đ cao nên thi t b đòi h i chi phí thi t b cao h n. ế ổ ơ ở ệ ộ ế ị ỏ ế ị ơ •Ph c t p hóa thi t b vì ph i tách r i thi t b n h i và thi t b c p n c nóng.ứ ạ ế ị ả ờ ế ị ổ ơ ế ị ấ ướ •Thao tác, đi u khi n kh ng ch nhi t đ khá khó khăn.ề ể ố ế ệ ộ 1.12. Quá trình th y phân – lên men bán liên t củ ụ T nh ng nghiên c u tr c đây, quá trình th y phân và lên men đ ng th i th hi nừ ữ ứ ướ ủ ồ ờ ể ệ nhi u u th so v i quá trình th y phân và lên men riêng bi t :ề ư ế ớ ủ ệ o Gi m đ c kh năng c ch enzyme c a glucose.ả ượ ả ứ ế ủ o N ng đ đ ng và n ng đ c n sinh ra nhi u h n. ồ ộ ườ ồ ộ ồ ề ơ o Th i gian t ng c ng thu ng n. ờ ổ ộ ắ o Chi phí t ng c ng cho quá trình th p h n v.v…ổ ộ ấ ơ Tuy nhiên, khi th y phân và lên men đ ng th i (SSF) s khác bi t v nhi t ủ ồ ờ ự ệ ề ệ đ lên menộ và th y phân là khó khủ ăn l n nh t c a quá trình này. Quá trình th y phân x y ra nhi t ớ ấ ủ ủ ả ở ệ độ cao (t t nh t t 50-55ố ấ ừ 0C) trong khi v i ớ đa s các ch ng n m men nhi t ố ủ ấ ệ đ thích nghi khôngộ quá 400C. Vì v y, quá trình SSF c n ậ ầ đ c ti p t c nghiên c u nh m kh c ph c nh ng b t l i doượ ế ụ ứ ằ ắ ụ ữ ấ ợ s khác bi t nhi t ự ệ ệ đ c a 2 quá trình lên men và th y phân gây ra. Mô hình m i trong nhi uộ ủ ủ ớ ề nghiên c u đ a ra là quá trình SSF đ c th c hiên liên t c trong 2 thi t b khác nhau ứ ư ượ ự ụ ế ị đ cượ đ ngh ề ị đ kh c ph c nh h ng c a nhi t ể ắ ụ ả ưở ủ ệ đ .ộ Thêm vao đo, theo nh phân tông quan tai liêu đa nêu ro, h u h t nh ng quy trình s ǹ ́ ư ̀ ̉ ̀ ̣ ̃ ̃ ầ ế ữ ả xu t ethanol hi n nay trên th gi i đ u s d ng công ngh lên men v i t bào n m men tấ ệ ế ớ ề ử ụ ệ ớ ế ấ ự do truy n th ng. Nh đã bi t, công ngh này có nh ng nh c đi m nh đ chuy n hóaề ố ư ế ệ ữ ượ ể ư ộ ể th p vì không th lo i đ c nh ng s n ph m ph t o ra trong quá trình thu phân, th iấ ể ạ ượ ữ ả ầ ụ ạ ỷ ờ gian kéo dài, khó tăng năng su t thi t b , hi u su t t o ethanol kém, chi phí cao... M t gi iấ ế ị ệ ấ ạ ộ ả pháp giúp gi i quy t nh ng v n đ trên đang đ c chú ý hi n nay là áp d ng k thu t cả ế ữ ấ ề ượ ệ ụ ỹ ậ ố đ nh t bào n m men vào giai đo n lên men trong quy trình s n xu t liên t c. ị ế ấ ạ ả ấ ụ Đ gi m t i đa kh năng c ch Enzyme c a Gluco và th i gian th y phân, n ng để ả ố ả ứ ế ủ ờ ủ ồ ộ Gluco đ u ra c a thi t b th y phân trong quy trinh trên yêu câu ch c n đ t trong kho ngầ ủ ế ị ủ ̀ ̀ ỉ ầ ạ ả 0,5 – 1,2%. 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 quanơ ở ế ệ ả ự ả ồ ể ệ ố h gi a n ng đ Gluco – n ng đ Enzyme – th i gian th y phân. V i tiêu chi xây d ng:ệ ữ ồ ộ ồ ộ ờ ủ ớ ́ ự khao sat nông đô Enzym va th i gian thuy phân sao cho nông đô Gluco đat trong khoang 0,5̉ ́ ̀ ̣ ̀ ờ ̉ ̀ ̣ ̣ ̉ – 1,2% đê phuc vu cho quy trinh san xuât liên tuc nh trên.̉ ̣ ̣ ̀ ̉ ́ ̣ ư 4. Kêt qu và bàn luâń ả ̣ 23 Hình 4.19: Mô hình quy trình SSF liên t c đ nghụ 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 đ́ ả ự ả ồ ể ệ ố ệ ữ ồ ộ ồ ộ Enzyme – th i gian th y phân nh sau:ờ ủ ư • Gi n đ n ng đ Gluco – n ng đ Enzyme – th i gian th y phân c a bã r mả ồ ồ ộ ồ ộ ờ ủ ủ ơ Đ th Nđ Glucose theo % Enzymesồ ị ộ 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 Nđ Glu (%)ộ % Enzym 2h 4h 6h 8h 10h Hình 4.20: Gian đ n ng đ Gluco - n ng đ Enzyme - th i gian th y phân c a bã̉ ồ ồ ộ ồ ộ ờ ủ ủ R mơ 4. Kêt qu và bàn luâń ả ̣ 24 Đ th Nđ Glucose theo th i gianồ ị ộ ờ 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 2 4 6 8 10 Nđ Glu (%)ộ Th i gian (h)ờ 0.1 % Enzym 0.25% Enzym 0.5% Enzym 0.75% Enzym 1.0% Enzym 1.25% Enzym 1.5% Enzym Hình 4.21: Gian đ n ng đ Gluco - n ng đ Enzyme - th i gian th y phân c a bã̉ ồ ồ ộ ồ ộ ờ ủ ủ R mơ Gi n đ đ c xây d ng trong kho ng 10h đ u tiên c a quá trình th y phân. Đi u nàyả ồ ượ ự ả ầ ủ ủ ề đ c l a ch n trên c s đ ng cong t c đ th y phân (đ ng cong đánh giá kh năngượ ự ọ ơ ở ườ ố ộ ủ ườ ả th y phân theo th i gian) c a nh ng nghiên c u tr c đây.ủ ờ ủ ữ ứ ướ Ta có th th y quá trình th y phân di n ra nhanh chóng t i th i gian ể ấ ủ ễ ạ ờ đ u. H n 80%ầ ơ l ng gluco ượ đ c th y phân trong th i gian này, th i gian sau t c ượ ủ ờ ờ ố đ g n nh không ộ ầ ư đáng k . Kéo dài th i gian th y phân s gây hao phí nhiên li u và gi m nể ờ ủ ẽ ệ ả ăng su t thi t b . Trongấ ế ị th c t s n xu t, vi c ch n th i ự ế ả ấ ệ ọ ờ đi m k t thúc quá trình th y phân là m t bài toán kinh tể ế ủ ộ ế và k thu t c n ỹ ậ ầ đ c cân nh c và ch n l a d a vào 2 y u t chi phí và l i ích. ượ ắ ọ ự ự ế ố ợ Hàm l ng Enzyme kh o sát nh (d i 2% enzyme). Theo nh ng nghiên c u tr cượ ả ỏ ướ ữ ứ ướ đây, kh năng s d ng Enzyme càng tả ử ụ ăng khi gi m n ng ả ồ đ enzyme th y phân, ộ ủ đi u nàyề th hi n qua t c ể ệ ố đ gluco t o thành trong quá trình th y phân. Nói cách khác ho t tínhộ ạ ủ ạ enzyme càng tăng khi n ng ồ đ enzyme càng loãng. Khi tộ ăng n ng ồ đ enzyme t c ộ ố đ th yộ ủ phân tăng. Đi u này liên quan ề đ n kh nế ả ăng phân ly enzyme-s n ph m. N ng ả ẩ ồ đ enzymeộ tăng làm gi m kh nả ả ăng phân ly gi i phóng s n ph m sau th y phân. Tuy nhiên bù l i choả ả ẩ ủ ạ t c ố đ là s hao phí enzyme. Vì v y n ng ộ ự ậ ồ đ enzyme c n l a ch n sao cho gi a chi phíộ ầ ự ọ ữ enzyme và hi u qu mang l i phù h p v i nhau. ệ ả ạ ợ ớ T 2 gi n đ trên, ng v i 1 n ng đ Gluco yêu c u cho quy trinh san xuât, ta có thừ ả ồ ứ ớ ồ ộ ầ ̀ ̉ ́ ể suy ra đ c th tích Enzyme c n thi t cho vào thi t b và th i gian th y phân là bao nhiêu. ượ ể ầ ế ế ị ờ ủ 4. Kêt qu và bàn luâń ả ̣ 25 5. K T LU N VÀ Đ NGHẾ Ậ Ề Ị 1.13. K t Lu nế ậ Qua quá trình thí nghi m nh ng k t lu n đ c rút ra nh sau: ệ ữ ế ậ ượ ư 1. Quá trình n h i nhanh giúp ti t ki m đ c năng l ng và nâng cao năng su tổ ơ ế ệ ượ ượ ấ thi t b h n so v i n h i ch m. ế ị ơ ớ ổ ơ ậ 2. Nhi t đ t t nh t cho quá trình n h i nhanh, th i gian l u 2 phút v i 70% mệ ộ ố ấ ổ ơ ờ ư ớ ẩ o R m : 230ơ 0C. 3. Quá trình th y phân nguyên li u sau n h i v i Enzyme cellusoft L có kh năngủ ệ ổ ơ ớ ả chuy n hóa:ể • 81.19 % Cellulose trong r m ban đ u thành Gluco (tính cho c quá trìnhơ ầ ả n h i và th y phân).ổ ơ ủ 4. Quá trình th y phân và lên men đ ng th i (SSF) làm cho n ng đ gluco trong dungủ ồ ờ ồ ộ d ch luôn gi m c th p làm gi m s c ch enzyme c a gluco và cellobio. Tuyị ữ ở ứ ấ ả ự ứ ế ủ nhiên khó khăn l n nh t c a SSF là s chênh l ch nhi t đ làm vi c c a quáớ ấ ủ ự ệ ệ ộ ệ ủ trình lên men (35oC) và th y phân (50ủ oC). V i ý t ng quá trình SSF c n đ cớ ưở ầ ượ ti p t c nghiên c u nh m kh c ph c nh ng b t l i do s khác bi t nhi t đ c aế ụ ứ ằ ắ ụ ữ ấ ợ ự ệ ệ ộ ủ 2 quá trình lên men và th y phân gây ra. Quá trình SSF trong 2 thi t b khác nhauủ ế ị đ c đ ngh đ kh c ph c nh h ng c a nhi t đ . Đông th i áp d ng kượ ề ị ể ắ ụ ả ưở ủ ệ ộ ̀ ờ ụ ỹ thu t c đ nh t bào n m men vào giai đo n lên men trong quy trình s n xu t liênậ ố ị ế ấ ạ ả ấ t c. ụ N ng đ Gluco trong thi t b ch kho ng t 0,5% ồ ộ ế ị ỉ ả ừ  1,2 %, s h n ch kh năngẽ ạ ế ả gây c ch c a Gluco và Cellobio đ i v i Enzyme Cellulase. Nâng cao n ng đ glucoứ ế ủ ố ớ ồ ộ trong dung d ch, ho t tính c a enzyme càng kém d n t i làm tăng chi phí enzyme. N ngị ạ ủ ẫ ớ ồ 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 ấ ẽ ố ư ấ ề Đ i v i quá trình th y phân nh trên, n ng đ Gluco ch kho ng 0,5 ố ớ ủ ư ồ ộ ỉ ả  1,2 %, thì l ng Enzyme s d ng cũng nh th i gian th y phân s đ t đ c s h p lý v m tượ ử ụ ư ờ ủ ẽ ạ ượ ự ợ ề ặ kinh t .ế 1.14. Đ Nghề ị 1. C n nghiên c u quá trình th y phân v i các lo i enzyme cellulase khác nhau choầ ứ ủ ớ ạ hi u qu cao h n.ệ ả ơ 2. Tiêp t c nghiên c u quá trình th y phân và lên men đ ng th i (SSF) kêt h p v í ụ ứ ủ ồ ờ ́ ợ ớ k thu t c đ nh t bào n m men vào giai đo n lên men trong quy trình s n xu tỹ ậ ố ị ế ấ ạ ả ấ liên t c.ụ 3. Nghiên c u xây d ng mô hình s n su t bán liên t c ethanol t biomass t giaiứ ự ả ấ ụ ừ ừ đoan tiên x ly cho đên thuy phân va lên men, v i đ ngh ban đâu nh s đ sau:̣ ̀ ử ́ ́ ̉ ̀ ớ ề ị ̀ ư ơ ồ 26 5. K t lu n và đ nghế ậ ề ị Hình 5.22: Quy trình n h i và r a bã liên t c đ nghổ ơ ử ụ ề ị 27 5. K t lu n và đ nghế ậ ề ị TÀI LI U THAM KH OỆ Ả [1] Tr n Di u Lý. 2008. ầ ệ Nghiên c u s n xu t ethanol nhiên li u t r m rứ ả ấ ệ ừ ơ ạ. Đ tài t t nghi pề ố ệ đ i h c, khoa K thu t hóa h c, Đ i h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh.ạ ọ ỹ ậ ọ ạ ọ ố ồ [2] Nguy n Xuân B o. 2008. ễ ả Nghiên c u s n xu t ethanol nhiên li u t v tr uứ ả ấ ệ ừ ỏ ấ . Đ tài t tề ố nghi p đ i h c, khoa K thu t hóa h c, Đ i h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh.ệ ạ ọ ỹ ậ ọ ạ ọ ố ồ [3] Ngô Đình Minh Hi p. 2008. ệ Nghiên c u s n xu t ethanol nhiên li u t r m rứ ả ấ ệ ừ ơ ạ. Đ tàiề th c s , khoa K thu t hóa h c, Đ i h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh.ạ ỹ ỹ ậ ọ ạ ọ ố ồ [4] [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] [7] [8] [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. 28