Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu công nghệ xử lý rong lục và lên men ethanol góp phần phát triển cồn nhiên liệu tại Việt Nam

• Tác giả: Võ Thành Trung
• Người hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Thanh Hằng
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên cứu công nghệ xử lý rong lục và lên men ethanol phát triển cồn nhiên liệu tại Việt Nam
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Phân loại rong biển
• 1.2. Thành phần hóa học của các loại rong biển
• 1.3. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL TỪ RONG BIỂN
• 1.3.1. Tiềm năng rong biển để sản xuất ethanol
• 1.3.2. Quá trình xử lý sơ bộ nguyên liệu rong biển
• 1.3.3. Quá trình thủy phân rong biển
• 1.3.4. Quá trình lên men ethanol từ dịch thủy phân rong biển
• 1.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT ETHANOL TỪ NGUYÊN LIỆU RONG BIỂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
• 1.4.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ethanol từ nguyên liệu rong biển trên thế giới
• 1.4.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ethanol từ nguyên liệu rong biển ở Việt Nam
• 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Chế phẩm Enzyme
• 2.2. Chế phẩm nấm men
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.3.1. Các phương pháp phân tích
• 2.3.2. Phương pháp toán học
• 2.3.3. Thiết kế các nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. LỰA CHỌN RONG LỤC VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC RONG LỤC VIỆT NAM
• 3.1.1. Lựa chọn các loài rong lục Việt Nam
• 3.1.2. Thành phần hóa học của các loài rong được chọn
• 3.1.3. Nghiên cứu biến động thành phần hóa học của rong lục Chaetomorpha linum Cladophora socialis theo chu kỳ sống
• 3.1.4. Thành phần các loại đường của rong Chaetomorpha linum và Cladophora socialis
• 3.2. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN RONG CHAETOMORPHA LINUM
• 3.2.1. Nghiên cứu xử lý nguyên liệu rong Chaetomorpha linum trước thủy phân
• 3.2.2. Nghiên cứu quá trình thủy phân rong lục bằng axit
• 3.2.3. Nghiên cứu quá trình thủy phân rong lục bằng chế phẩm enzyme thương mại
• 3.3. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÊN MEN ETHANOL TỪ DỊCH THỦY PHÂN RONG
• 3.3.1. Tuyển chọn chủng nấm men trên dịch thủy phân rong Chaetomorpha linum bằng axit
• 3.3.2. Tuyển chọn chủng nấm men trên dịch thủy phân rong Chaetomorpha linum bằng chế phẩm enzyme
• 3.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men của dịch thủy phân bằng axit và enzyme bởi chế phẩm nấm men Red Ethanol
• 3.3.4. Tối ưu hóa điều kiện lên men dịch thủy phân rong Chaetomorpha linum bằng axit bởi chế phẩm nấm men Red Ethanol
• 3.4. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH ĐƯỜNG HÓA VÀ LÊN MEN ĐỒNG THỜI (SSF) CỦA DỊCH RONG LỤC SAU TIỀN XỬ LÝ
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Công nghệ xử lý rong lục

Công nghệ xử lý rong lục là bước đầu tiên trong quy trình sản xuất ethanol từ rong lục. Rong lục được lựa chọn dựa trên thành phần hóa học, đặc biệt là hàm lượng carbohydrate cao, phù hợp cho quá trình thủy phân. Các phương pháp xử lý bao gồm tiền xử lý nguyên liệu, thủy phân bằng axit hoặc enzyme để chuyển đổi polysaccharide thành đường đơn. Xử lý rong lục tại Việt Nam đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, với các loài rong lục như Chaetomorpha linum và Cladophora socialis được chọn làm nguyên liệu chính. Quá trình này không chỉ tối ưu hóa hiệu suất thủy phân mà còn giảm thiểu tác động môi trường.

1.1. Tiền xử lý nguyên liệu

Tiền xử lý rong lục bao gồm các bước như làm sạch, cắt nhỏ và loại bỏ tạp chất. Điều này giúp tăng hiệu quả thủy phân và giảm thiểu sự cản trở trong quá trình lên men. Các yếu tố như kích thước nguyên liệu và tỷ lệ rong trong dung dịch được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao nhất.

1.2. Thủy phân rong lục

Thủy phân rong lục được thực hiện bằng axit hoặc enzyme. Phương pháp thủy phân bằng axit đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ nồng độ axit và nhiệt độ để tránh phân hủy đường. Trong khi đó, thủy phân bằng enzyme sử dụng các chế phẩm enzyme thương mại như Viscozyme L và Cellulase, mang lại hiệu suất cao và thân thiện với môi trường.

II. Lên men ethanol

Lên men ethanol là giai đoạn quan trọng trong quy trình sản xuất cồn nhiên liệu từ rong lục. Dịch thủy phân rong lục, chứa các loại đường đơn như glucose, được sử dụng làm cơ chất cho quá trình lên men. Các chủng nấm men như Saccharomyces cerevisiae được tuyển chọn để tối ưu hóa hiệu suất lên men. Sản xuất ethanol từ rong lục không chỉ mang lại nguồn nhiên liệu tái tạo mà còn góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do rong lục tự phân hủy.

2.1. Tuyển chọn chủng nấm men

Việc tuyển chọn chủng nấm men phù hợp là yếu tố quyết định hiệu suất lên men. Các chủng nấm men được đánh giá dựa trên khả năng chuyển hóa đường thành ethanol và khả năng chịu đựng các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Chủng nấm men Red Ethanol đã được chứng minh là hiệu quả nhất trong quá trình lên men dịch thủy phân rong lục.

2.2. Tối ưu hóa điều kiện lên men

Các yếu tố như pH, nhiệt độ và nồng độ cơ chất được tối ưu hóa để đạt hiệu suất lên men cao nhất. Quá trình lên men đồng thời (SSF) cũng được nghiên cứu để rút ngắn thời gian và tăng hiệu suất sản xuất ethanol.

III. Phát triển cồn nhiên liệu tại Việt Nam

Phát triển cồn nhiên liệu từ rong lục là hướng đi tiềm năng cho Việt Nam, đặc biệt với nguồn tài nguyên rong biển dồi dào dọc bờ biển dài hơn 3200 km. Nghiên cứu này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần vào phát triển bền vững và bảo vệ môi trường. Công nghệ sinh học và công nghệ xanh được áp dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ khâu xử lý nguyên liệu đến lên men ethanol.

3.1. Tiềm năng rong lục tại Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng lớn về nguồn nguyên liệu rong lục, với sản lượng ước tính khoảng 2 triệu tấn khô mỗi năm. Các loài rong lục như Chaetomorpha linum và Cladophora socialis được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo nguồn nguyên liệu ổn định cho sản xuất ethanol.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này đã mở ra hướng đi mới trong việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ rong lục, góp phần giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp năng lượng và nông nghiệp ven biển.