Luận án tiến sĩ nghiên cứu phối hợp estcrase và bảo vệ enzyme thủy phân tử nằm trong chuyển hóa phụ phẩm côngnông nghiệp để thu nhận bioethanol

Luận án tiến sĩ nghiên cứu phối hợp esterase và bảo vệ enzyme thủy phân trong chuyển hóa phụ phẩm công nông nghiệp để thu nhận bioethanol hiệu quả.

• Tác giả: Vũ Đình Giáp
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Hữu Nghị
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu phối hợp esterase và bảo vệ enzyme thủy phân trong chuyển hóa phụ phẩm công nông nghiệp để sản xuất bioethanol
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC TỪ VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Phụ phẩm công - nông nghiệp giàu lignocellulose
• 1.1.1. Nguồn gốc và thành phần
• 1.1.2. Nguồn nguyên liệu bã mía
• 1.1.2.1. Nguồn gốc và hiện trạng sử dụng bã mía ở Việt Nam
• 1.1.2.2. Các vấn đề môi trường từ bã mía
• 1.2. Chuyển hóa vật liệu giàu lignocellulose
• 1.2.1. Quá trình thủy phân vật liệu giàu lignocellulose
• 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến xúc tác sinh học
• 1.3. Đa dạng nấm Việt Nam cho chuyển hóa vật liệu giàu lignocellulose
• 1.4. Ứng dụng của enzyme trong quá trình thủy phân lignocellulose
• 1.4.1. Vai trò carbohydrat esterase trong thủy phân lignocellulose
• 1.4.1.1. Acetyl esterase từ nấm
• 1.4.1.2. Feruloyl esterase từ nấm
• 1.5. Tình hình sản xuất bioethanol
• 1.5.1. Hiện trạng sản xuất và sử dụng bioethanol
• 1.5.2. Nguồn sinh khối cho sản xuất bioethanol
• 1.5.3. Lên men sản xuất bioethanol
• 1.6. Tình hình nghiên cứu bioethanol trong và ngoài nước
• 1.6.1. Tình hình nghiên cứu bioethanol ngoài nước
• 1.6.2. Tình hình nghiên cứu bioethanol trong nước
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Vật liệu giàu lignocellulose
• 2.2. Vi sinh vật
• 2.3. Thiết bị, hóa chất
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp vi sinh vật
• 2.4.1.1. Phân lập nấm
• 2.4.1.2. Nuôi cấy và bảo quản nấm men
• 2.4.1.3. Lên men bioethanol
• 2.4.1.4. Định danh nấm
• 2.4.1.4.1. Định danh nấm bằng phương pháp hình thái giải phẫu
• 2.4.1.4.2. Định danh nấm bằng phương pháp sinh học phân tử
• 2.4.1.5. Sàng lọc hoạt tính esterase và lựa chọn chủng nấm
• 2.4.1.5.1. Sàng lọc trên đĩa thạch
• 2.4.1.5.2. Sàng lọc trên môi trường lên men bề mặt và dịch thể
• 2.4.1.6. Phương pháp đánh giá hoạt độ enzyme
• 2.4.1.6.1. Hoạt độ acetyl esterase
• 2.4.1.6.2. Hoạt độ feruloyl esterase
• 2.4.1.7. Xác định điều kiện thích hợp sinh tổng hợp esterase
• 2.4.1.7.1. Xác định nguồn nitơ và cơ chất giàu lignocellulose
• 2.4.1.7.2. Xác định nhiệt độ, pH thích hợp
• 2.4.1.8. Tinh sạch protein enzyme
• 2.4.1.8.1. Tách chiết, tinh sạch protein enzyme
• 2.4.1.8.2. Xác định hàm lượng protein
• 2.4.1.8.3. Điện di trên gel polyacrylamide có SDS
• 2.4.1.8.4. Điện di điểm đẳng điện
• 2.4.1.8.5. Xác định nhiệt độ và pH tối ưu của enzyme tinh sạch
• 2.4.1.8.6. Xác định độ bền nhiệt và độ bền pH của enzyme tinh sạch
• 2.4.2. Phương pháp hóa sinh
• 2.4.2.1. Sắc ký bản mỏng
• 2.4.2.2. Sắc kí lỏng hiệu năng cao
• 2.4.2.3. Xác định peptide bằng phổ khối sử dụng nguồn ion hóa mẫu ESI-MS
• 2.4.2.4. Định lượng đường khử theo phương pháp axit dinitrosalicylic
• 2.4.2.5. Xử lý nguyên liệu
• 2.4.2.6. Xác định hàm lượng bioethanol
• 2.4.2.7. Xúc tác chuyển hóa sinh học các vật liệu giàu lignocellulose
• 2.4.2.8. Quy hoạch thực nghiệm
• 2.4.2.9. Xử lý số liệu
• 2.4.3. Xây dựng sơ đồ nghiên cứu
• 2.4.3.1. Sơ đồ xác định các điều kiện thích hợp cho mô hình tối ưu thực nghiệm
• 2.4.3.2. Sơ đồ xử lý bã mía bằng phương pháp hóa lý kết hợp “enzyme cocktail”
• 2.4.3.3. Sơ đồ lên men bioethanol từ dịch đường chuyển hóa
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phân lập và sàng lọc nấm
• 3.1.1. Ngành nấm đảm Basidiomycota
• 3.1.2. Ngành nấm túi Ascomycota
• 3.1.3. Khả năng sinh tổng hợp esterase và lựa chọn chủng nấm
• 3.2. Định danh các chủng phân lập hoạt tính cao
• 3.2.1. Định danh chủng SP66
• 3.2.2. Định danh chủng A35
• 3.3. Nghiên cứu sinh tổng hợp esterase
• 3.3.1. Nghiên cứu sinh tổng hợp acetyl esterase bởi nấm X.
• 3.3.2. Nghiên cứu sinh tổng hợp feruloyl esterase bởi nấm Alt.
• 3.4. Tinh sạch enzyme từ môi trường nuôi cấy nấm
• 3.4.1. Tinh sạch và đặc tính acetyl esterase bởi nấm X.
• 3.4.2. Tinh sạch và đặc tính feruloyl esterase bởi nấm Alt.
• 3.5. Quy trình lên men, chiết tách và tinh sạch enzyme esterase từ nấm
• 3.5.1. Acetyl esterase từ nấm X.
• 3.5.2. Feruloyl esterase từ nấm Alt.
• 3.6. Sàng lọc nguồn cơ chất giàu lignocellulose cho chuyển hóa bằng xúc tác sinh học
• 3.6.1. Sàng lọc cơ chất
• 3.6.2. Hàm lượng đường khử sau chuyển hóa sinh học
• 3.7. Tối ưu hóa “enzyme cocktail” bằng mô hình quy hoạch thực nghiệm
• 3.8. Kết hợp xử lý hóa học nâng cao hiệu quả chuyển hóa
• 3.8.1. Kết hợp thủy phân bã mía bằng kiềm và “enzyme cocktail”
• 3.8.2. Kết hợp thủy phân bã mía bằng axít và “enzyme cocktail”
• 3.8.3. Kết hợp thủy phân bã mía bằng thiết bị gia nhiệt và “enzyme cocktail”
• 3.8.4. Hàm lượng các đường đơn sau chuyển hóa
• 3.9. Nghiên cứu sản xuất bioethanol
• 3.9.1. Ảnh hưởng thành phần môi trường
• 3.9.2. Ảnh hưởng thời gian lên men
• 3.9.3. Ảnh hưởng pH
• 3.9.4. Ảnh hưởng nhiệt độ
• 3.9.5. Ảnh hưởng tỷ lệ nấm men
• 3.10. Đề xuất quy trình sản xuất bioethanol từ bã mía
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH SÁCH CÔNG BỐ KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào việc phối hợp esterase và bảo vệ enzyme thủy phân để chuyển hóa phụ phẩm công nông nghiệp thành bioethanol. Phụ phẩm công nông nghiệp giàu lignocellulose như bã mía, rơm rạ là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất bioethanol. Tuy nhiên, việc chuyển hóa lignocellulose thành đường lên men đòi hỏi sử dụng hiệu quả các enzyme thủy phân và enzyme esterase. Nghiên cứu này nhằm tối ưu hóa quy trình sử dụng enzyme cocktail để tăng hiệu suất chuyển hóa và sản xuất bioethanol.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là khai thác hiệu quả enzyme esterase và enzyme thủy phân từ nấm để chuyển hóa phụ phẩm công nông nghiệp thành đường lên men. Nghiên cứu tập trung vào việc phân lập, sàng lọc các chủng nấm có khả năng sinh tổng hợp acetyl esterase và feruloyl esterase, đồng thời tối ưu hóa quy trình sử dụng enzyme cocktail để chuyển hóa lignocellulose.

1.2. Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc tận dụng phụ phẩm công nông nghiệp để sản xuất bioethanol, góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và tạo ra nguồn năng lượng tái tạo. Việc sử dụng enzyme cocktail giúp tăng hiệu suất chuyển hóa, giảm chi phí sản xuất và thúc đẩy phát triển công nghệ sinh học.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phân lập, sàng lọc và tinh sạch enzyme esterase từ nấm. Quy trình bao gồm phân lập các chủng nấm từ môi trường tự nhiên, sàng lọc hoạt tính acetyl esterase và feruloyl esterase, và tinh sạch enzyme để xác định đặc tính hóa sinh. Enzyme cocktail được tối ưu hóa để chuyển hóa phụ phẩm công nông nghiệp thành đường lên men.

2.1. Phân lập và sàng lọc nấm

Các chủng nấm được phân lập từ môi trường giàu lignocellulose. Hoạt tính acetyl esterase và feruloyl esterase được đánh giá thông qua các phương pháp hóa sinh. Các chủng nấm có hoạt tính cao được lựa chọn để nghiên cứu sâu hơn.

2.2. Tinh sạch enzyme

Các enzyme được tinh sạch bằng phương pháp sắc ký lỏng và điện di. Đặc tính hóa sinh của enzyme như nhiệt độ tối ưu, pH tối ưu và độ bền được xác định. Kết quả cho thấy acetyl esterase từ nấm Xylaria polymorpha và feruloyl esterase từ nấm Alternaria tenuissima có hoạt tính cao và độ bền tốt.

III. Kết quả và thảo luận

Nghiên cứu đã phân lập được 44 chủng nấm có khả năng sinh tổng hợp enzyme esterase. Acetyl esterase từ nấm Xylaria polymorpha và feruloyl esterase từ nấm Alternaria tenuissima được tinh sạch và có hoạt tính cao. Enzyme cocktail được tối ưu hóa để chuyển hóa bã mía thành đường lên men với hiệu suất đạt 49,8%. Các đường đơn thu được có khả năng lên men thành bioethanol với hiệu suất 79,8%.

3.1. Hiệu suất chuyển hóa

Enzyme cocktail bao gồm acetyl esterase, feruloyl esterase và các enzyme thủy phân khác được sử dụng để chuyển hóa bã mía. Kết quả cho thấy tổng lượng đường lên men đạt 251,86 mg/g khi sử dụng enzyme cocktail và tăng lên 319,5 mg/g khi kết hợp với xử lý axit.

3.2. Sản xuất bioethanol

Các đường đơn thu được từ quá trình chuyển hóa được lên men bằng nấm men Saccharomyces cerevisiae. Hàm lượng bioethanol thu được là 178 ml/kg bã mía, đạt hiệu suất 79,8% so với lý thuyết. Kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng của enzyme cocktail trong sản xuất bioethanol từ phụ phẩm công nông nghiệp.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của việc sử dụng enzyme esterase và enzyme thủy phân trong chuyển hóa phụ phẩm công nông nghiệp thành bioethanol. Enzyme cocktail được tối ưu hóa giúp tăng hiệu suất chuyển hóa và sản xuất bioethanol. Nghiên cứu đề xuất tiếp tục phát triển công nghệ này để ứng dụng rộng rãi trong sản xuất năng lượng tái tạo.

4.1. Đóng góp của nghiên cứu

Nghiên cứu đã phân lập và tinh sạch thành công acetyl esterase và feruloyl esterase từ nấm, đồng thời tối ưu hóa quy trình sử dụng enzyme cocktail để chuyển hóa lignocellulose. Đây là bước tiến quan trọng trong việc sản xuất bioethanol từ phụ phẩm công nông nghiệp.

4.2. Hướng phát triển

Nghiên cứu đề xuất tiếp tục nghiên cứu để cải thiện hiệu suất chuyển hóa và giảm chi phí sản xuất. Việc ứng dụng công nghệ này trong quy mô công nghiệp sẽ góp phần giải quyết vấn đề năng lượng và môi trường tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Phụ phẩm công - nông nghiệp giàu lignocellulose 1. Nguồn gốc và thành phần Phụ phẩm công-nông nghiệp là một dạng sinh khối có thành phần lignocellulose phổ biến nhất trong số các phụ phẩm công-nông nghiệp của Việt Nam. Hiện nay, mỗi năm nguồn sinh khối này sản sinh ra hàng trăm triệu tấn từ quá trình sản xuất công-nông nghiệp như: rơm rạ, bã cà phê, mùn gỗ, thân cây ngô, vỏ trấu và hàng chục triệu tấn bã mía thường được sử dụng để đun nấu (lãng phí nhiệt trên 80%), cơ chất để trồng nấm, thức ăn gia súc và phần lớn được đốt bỏ thu tro làm phân bón [1].

Việc đốt này gây ra hiện tượng sương mù quang hóa rất độc hại là nguyên nhân gây nên một số bệnh về mắt, phổi. Nguy hiểm hơn, chúng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng ở vùng ven các thành phố lớn và dọc các đường cao tốc làm giảm tầm nhìn dễ dẫn đến tai nạn giao thông. Đặc biệt, gây lãng phí lượng lớn chất hữu cơ có giá trị, trong khi đó nếu khai thác sử dụng hợp lý thì nguồn sinh khối này đem lại lợi ích vô cùng lớn [2,3]. Lignocellulose ngày càng có vai trò quan trọng về mặt kinh tế khi được sử dụng như vật liệu thô cho các ứng dụng trong công nghệ sinh học và công nghiệp, hơn nữa chúng chính là cơ sở để thúc đẩy việc nghiên cứu tận dụng sinh khối trong các mô hình sản xuất tinh chế và chiến lược cho sự phát triển bền vững [4].

Các polymer sinh học này có thể thấy ở tất cả các hệ sinh thái trên đất liền và đây là nguồn hợp chất hữu cơ tái tạo lớn nhất trong sinh quyển. Xét về nguồn gốc, thành phần và mức độ polymer hóa, có thể phân biệt các loại lignocellulose như: từ cây gỗ cứng, gỗ mềm cũng như từ cây trồng hàng năm (đặc biệt là cây lúa, ngũ cốc, các loại cỏ, cây mía…) và thân cây thảo [5,6]. Lignocellulose là một phức hợp polyme thành tế bào ở thực vật, chiếm 60% tổng sinh khối thực vật trên trái đất, bao gồm các thành phần chính là các polymer carbohydrate (cellulose, hemicellulose) và một polymer thơm (lignin), trong đó cellulose và hemicellulose chiếm tỉ lệ cao. Cellulose chiếm phần lớn, khoảng từ 40% - 50%, còn hai hợp chất hemicellulose và lignin lần lượt chiếm khoảng 20 - 40% và 20 - 35% khối 5 lượng khô của cơ thể thực vật (Bảng 1.

Ngoài các thành phần này, Lilholt còn cho rằng pectin cũng là thành phần chính của lignocellulose thành tế bào, đặc biệt là ở các cấu trúc sợi thực vật không phải thành phần gỗ [7]. Thành phần một số nguồn sinh khối giàu lignocellulose [1] Nguồn Cellulose Hemicellulose Lignin Thành phần lignocellulose (%) (%) (%) khác (%) Gỗ cứng 45-47 25-40 20-25 0,8 Gỗ mềm 40-45 25-29 30-36 0,5 Cỏ 25-40 35-50 - - Bã mía 40 24 25 - Lõi ngô 45 35 15 Rơm rạ 35 25 12 Bột giấy 50-70 12-20 6-10 - Rơm lúa mì 30 50 20 Phế thải nông 37-50 35-50 5-15 12-16 nghiệp khác Hình 1. Cấu trúc của lignocellulose [8] Lignocellulose là một vật liệu khó thủy phân do chúng có các liên kết polysaccharid (cellulose và hemicellulose), liên kết ester và ete (lignin) tạo nên cấu trúc rất bền vững có độ cứng và độ bền cơ học cao (Hình 1. Xét về thành phần lignocellulose bao gồm: 6 Cellulose: Cellulose là một polymer mạch thẳng, có công thức cấu tạo là (C6H10O5)n.

Các đơn phân hoàn toàn cấu tạo từ đường D-glucose liên kết với nhau bởi liên kết β-1,4- glucoside với số lượng lên tới hơn 10. Cấu trúc liên kết thẳng cho phép hình thành liên kết hydro trong và giữa phân tử tạo ra các vi sợi từ 36 chuỗi cellulose xếp song song, hay cấu trúc tinh thể của cellulose. Mức độ trùng hợp của cellulose tự nhiên có thể đạt 10.000 đơn vị glucose trên phân tử, khối lượng tương ứng là 1,5 triệu dalton với chiều dài phân tử có thể lớn hơn hoặc bằng 5µm [9]. Giữa các chuỗi cellulose có rất nhiều gốc -OH tạo nên rất nhiều liên kết hydro giúp ổn định sợi cellulose, làm cho sợi cellulose rất bền vững, khó thủy phân.

Cấu trúc hóa học của cellulose [10] Sợi cellulose có thể kết hợp với nhau một cách chặt chẽ, có trật tự hình thành nên vùng có cấu trúc tinh thể (Hình 1. Bên cạnh đó cũng có một số sợi cellulose kết hợp một cách ngẫu nhiên hình thành nên vùng có cấu trúc vô định hình. Từ đó cho thấy các dung môi và các chất hóa học rất khó xâm nhập vào vùng tinh thể, nhưng lại dễ dàng xâm nhập vào vùng vô định hình [11]. Hemicellulose: Hemicellulose là một loại polymer phức tạp và phân nhánh, độ trùng hợp khoảng 70 - 200 DP.

Hemicellulose chứa cả đường 6 gồm D-glucose, D-mannose, D-galactose và đường 5 gồm D-xylose và L-arabinose. Thành phần cơ bản của hemicellulose là β-D xylopyranose, liên kết với nhau bằng liên kết β-(1,4). Cấu tạo của hemicellulose khá phức tạp và đa dạng tùy vào nguyên liệu, tuy nhiên có một vài điểm chung bao gồm [12]: 7 Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β-(1,4), xylose là thành phần quan trọng nhất và nhóm thế phổ biến nhất là nhóm acetyl-O- liên kết với vị trí 2 hoặc 3. Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thông thường là disaccharide hoặc trisaccharide.

Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với lignin là nhờ các mạch nhánh này. Cũng vì hemicellulose có mạch nhánh nên tồn tại ở dạng vô định hình và vì thế dễ bị thủy phân. Tùy theo loại gỗ (gỗ cứng, gỗ mềm) mà chúng có đặc điểm hemicellulose khác nhau: Gỗ cứng chủ yếu có hai loại hemicellulose: Acetyl-4-O-methyglucuronoxylan, là một loại polymer có mạch chính gồm β-D xylopyranose liên kết với nhau bằng liên kết β-D(1,4). Trong đó 70% các nhóm -OH ở vị trí C2 và C3 bị acetyl hóa, 10% các nhóm ở vị trí C2 liên kết với acid 4-O-methyl-D- glucuronic.

Gỗ cứng còn chứa glucomannan, polymer này chứa một tỉ lệ bằng nhau β-D- glucopyranose và β-D-mannopyranose. Loại thứ hai có mạch chính là β-D-galactopyranose, phân nhánh. Loại hemicellulose này tạo liên kết -O tại nhóm OH ở vị trí C6 với α-L-arabinose, β-D- galactose hoặc acid β-D-glucoronic [13]. Gỗ mềm cũng bao gồm hai loại hemicellulose chính: Loại quan trọng nhất là galactoglucomannan, đây là polymer cấu thành từ các phân tử D-mannopyranose liên kết với D-glucopyranose bằng liên kết β-(1,4) với tỉ lệ hai monomer tương ứng là 3:1.

Tuy nhiên, tỉ lệ này thay đổi tùy theo loại gỗ. Arabino-4-O-methylglucuronoxylan, cấu tạo từ các D-xylopyranose, các monomer này bị thế ở vị trí 2 bằng acid 4-O-methyl-glucuronic, ở vị trí 3 bằng α-L- arabinofuranose. Đối với cỏ, 20-40% hemicellulose là arabinoxylan. Polysaccharide này cấu tạo từ các D-xylopyranose, OH ở C2 bị thế bởi acid 4-O-methylglucuronic.

OH ở vị trí C3 sẽ tạo mạch nhánh với α-L-arabinofuranose. Cấu tạo phức tạp của hemicellulose tạo nên nhiều tính chất hóa sinh và lý sinh cho cây [13]. Cấu trúc hóa học của xylan [8] Lignin: Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở. Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng vai trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và hemicellulose.

Rất khó để có thể tách lignin ra hoàn toàn. Lignin là polymer, được cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị cấu trúc điển hình được đề nghị là: guaiacyl (G), chất gốc là rượu trans-coniferyl; syringly (S), chất gốc là rượu trans- sinapyl; p-hydroxylphenyl (H), chất gốc là rượu trans-p courmary. Lignin là một hợp chất cao phân tử có cấu trúc vô định hình khác với cellulose, lignin có chứa các nhóm hydroxyl (-OH), nhóm methoxyl (-OCH3) và nhân benzen bao gồm các đơn vị cơ bản: coniferyl alcohol, sinapyl alcohol và p-coumaryl alcohol, tỉ lệ ba loại rượu này trong các loại thực vật khác nhau thì khác nhau (Hình 1. Lignin đặc biệt khó phân hủy do các phân tử được nối với nhau bởi liên kết este và liên kết carbon, tạo thành một mạng lưới liên kết ngang rộng rãi trong các tế bào [13].

Cấu trúc hóa học của lignin [13] 9 Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng, lignin hoàn toàn không đồng nhất trong cấu trúc. Lignin dường như bao gồm vùng vô định hình và các vùng có cấu trúc hình thuôn hoặc hình cầu. Lignin có liên kết hóa học với thành phần hemicellulose và ngay cả với cellulose (không nhiều) độ bền hóa học của những liên kết này phụ thuộc vào bản chất liên kết và cấu trúc hóa học của lignin và những đơn vị đường tham gia liên kết. Carbon alpha (Cα) trong cấu trúc phenyl propane là nơi có khả năng tạo liên kết cao nhất với khối hemicellulose.

Ngược lại, các đường nằm ở mạch nhánh như arabinose, galactose, và acid 4-O-methylglucuronic là các nhóm thường liên kết với lignin. Các liên kết có thể là ether, ester (liên kết với xylan qua axít 4-O-methyl-D-glucuronic) hay glycoxit (phản ứng giữa nhóm khử của hemicellulose và nhóm OH phenolic của lignin). Cấu trúc hóa học của lignin rất dễ bị thay đổi ở nhiệt độ cao và pH thấp, như quá trình tiền xử lý bằng hơi nước hoặc trong môi trường axít/kiềm. Ở nhiệt độ phản ứng cao hơn 2000C, lignin bị kết khối thành những phần riêng biệt và tách ra khỏi cellulose [15,16].

Nguồn nguyên liệu bã mía 1. Nguồn gốc và hiện trạng sử dụng bã mía ở Việt Nam Về mặt tài nguyên tự nhiên như khí hậu, đất đai, Việt Nam được đánh giá là nước có tiềm năng để phát triển cây mía. Việt Nam có đủ đất đồng bằng, lượng mưa nói chung tốt (1400 mm đến 2000 mm/năm), nhiệt độ phù hợp, độ nắng thích hợp. Trên phạm vi cả nước, các vùng tây nguyên và vùng Đông Nam Bộ, đặc biệt là vùng duyên hải Nam Trung Bộ có khả năng rất tốt cho trồng mía đường.

Theo Hiệp hội Mía đường Việt Nam (VSSA), hiện nay mỗi năm các nhà máy đường ép trên 15 triệu tấn mía, phát sinh ra 4,5 triệu tấn bã mía. Tại nhà máy đường Bourbon (Tây Ninh) với công suất chế biến 8.000 tấn mía/ngày, thải ra khoảng 2. Công ty đường Biên Hòa (Đồng Nai) có 3 nhà máy, trong đó 2 nhà máy sử dụng mía làm nguyên liệu với tổng công suất 5. Mỗi năm, sản lượng mía cây là 600.000 tấn, tương đương 174.

Một phần bã mía mang đốt tạo thành điện cho hoạt động của nhà máy, phần còn lại vẫn không sử dụng hết, tồn dư rất lớn. Việc tận dụng toàn bộ lượng bã mía thải bỏ sẽ góp phần giảm bớt áp lực cho các nguồn nguyên liệu sinh học khác như: cây bắp, khoai mì, gỗ. Hiện trạng sản xuất mía đường các vùng của Việt Nam [18] Theo số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, niên vụ 2016 - 2017 diện tích mía cả nước chỉ đạt 268.067 ha so với vụ trước.