Nghiên cứu phối hợp enzyme thủy phân từ nấm trong sản xuất bioethanol từ phụ phẩm nông nghiệp

Bioethanol là một loại nhiên liệu sinh học được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu có chứa carbohydrate. Việc sản xuất bioethanol từ phụ phẩm nông nghiệp, đặc biệt là từ lignocellulose, đang trở thành một xu hướng quan trọng trong bối cảnh nhu cầu năng lượng ngày càng tăng. Enzyme từ nấm đóng vai trò then chốt trong quá trình chuyển hóa này. Chúng có khả năng phân hủy lignocellulose, giải phóng các đơn vị đường cần thiết cho quá trình lên men. Việc sử dụng enzyme sinh học không chỉ giúp tăng hiệu suất chuyển hóa mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường do các phương pháp xử lý truyền thống gây ra. Theo nghiên cứu, enzyme từ nấm có thể hoạt động hiệu quả hơn khi kết hợp với các enzyme khác trong một hỗn hợp enzyme, hay còn gọi là “enzyme cocktail”. Điều này cho phép tối ưu hóa quá trình chuyển hóa sinh khối thành bioethanol, từ đó tạo ra nguồn năng lượng sạch và bền vững.

Lignocellulose là một phức hợp polymer phức tạp, bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin. Cấu trúc này rất bền vững, làm cho việc thủy phân trở nên khó khăn. Enzyme từ nấm như cellulase và xylanase có khả năng phân hủy cellulose và hemicellulose, trong khi các enzyme như feruloyl esterase và acetyl esterase có thể giúp phá vỡ các liên kết ester trong lignin. Việc sử dụng “enzyme cocktail” cho phép kết hợp nhiều loại enzyme khác nhau, tạo ra hiệu ứng hiệp đồng trong quá trình chuyển hóa. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện như nhiệt độ, pH và thời gian phản ứng có thể nâng cao đáng kể hiệu suất chuyển hóa lignocellulose thành các đường đơn có khả năng lên men. Điều này không chỉ giúp tăng sản lượng bioethanol mà còn giảm thiểu lãng phí nguồn nguyên liệu từ phụ phẩm nông nghiệp.

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc phân lập và sàng lọc các chủng nấm có khả năng sinh tổng hợp enzyme là rất quan trọng. Các chủng nấm như Alternaria tenuissima và Xylaria polymorpha đã được xác định là nguồn cung cấp enzyme feruloyl esterase và acetyl esterase. Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất enzyme từ nấm giúp tăng cường khả năng chuyển hóa lignocellulose thành các đường đơn. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng “enzyme cocktail” có thể đạt được hiệu suất chuyển hóa cao, với tổng các đường lên men đạt 319,5 mg/g bã mía. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của enzyme từ nấm trong việc sản xuất bioethanol từ phụ phẩm nông nghiệp, đồng thời góp phần vào việc phát triển các giải pháp năng lượng bền vững.

Nghiên cứu về enzyme từ nấm trong chuyển hóa phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất bioethanol không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao. Việc tận dụng nguồn nguyên liệu phong phú từ phụ phẩm nông nghiệp giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và lãng phí tài nguyên. Hơn nữa, sản xuất bioethanol từ lignocellulose có thể tạo ra nguồn năng lượng sạch, góp phần vào việc giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng enzyme sinh học có thể cải thiện hiệu suất sản xuất bioethanol, từ đó mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp năng lượng tái tạo tại Việt Nam và các quốc gia có nền nông nghiệp phát triển.