I. Giới thiệu
Nghiên cứu này nhằm xác định phương pháp tiền xử lý tối ưu cho vỏ quả cà phê vối (Coffea robusta). Vỏ cà phê là một nguồn biomass phong phú, có thể được sử dụng để sản xuất ethanol thông qua quá trình lên men. Việc sử dụng vỏ cà phê không chỉ giúp giảm thiểu chất thải nông nghiệp mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo. Nghiên cứu cũng tập trung vào việc thu nhận chế phẩm enzyme cellulase từ nấm mốc, nhằm tối ưu hóa quá trình thủy phân vỏ cà phê. Kết quả cho thấy, việc lựa chọn phương pháp tiền xử lý phù hợp có thể nâng cao hiệu suất thu hồi đường khử, từ đó tăng cường hiệu quả sản xuất ethanol.
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Sự gia tăng nhu cầu về năng lượng tái tạo đã thúc đẩy nghiên cứu về các nguồn nguyên liệu sinh học. Vỏ cà phê vối, với thành phần lignocellulose phong phú, có tiềm năng lớn trong việc sản xuất ethanol. Việc nghiên cứu quá trình tiền xử lý và vi sinh vật phân giải vỏ cà phê không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn góp phần vào việc phát triển bền vững trong ngành nông nghiệp.
II. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện thông qua các phương pháp tiền xử lý khác nhau, bao gồm acid, kiềm, và vi sóng. Các thí nghiệm được thiết kế để khảo sát ảnh hưởng của các tác nhân này đến mức độ suy giảm hemicellulose và lignin trong vỏ cà phê. Bên cạnh đó, việc phân lập nấm mốc có khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase từ các nguồn khác nhau cũng được thực hiện. Kết quả cho thấy, chủng nấm Trichoderma asperellum có khả năng sinh tổng hợp cellulase cao nhất, đạt 1,17 U/mL sau 48 giờ nuôi cấy. Việc thu nhận enzyme cellulase từ nấm mốc và so sánh với enzyme thương mại là một phần quan trọng trong nghiên cứu này.
2.1 Quá trình thu nhận enzyme cellulase
Quá trình thu nhận enzyme cellulase từ nấm mốc được thực hiện bằng các tác nhân kết tủa như (NH4)2SO4, NaCl, ethanol và acetone. Kết quả cho thấy enzyme cellulase thu nhận được có hoạt tính cao hơn so với enzyme thương mại. Việc tối ưu hóa quy trình thu nhận enzyme không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn nâng cao hiệu quả thủy phân vỏ cà phê, từ đó tăng cường khả năng sản xuất ethanol.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy, phương pháp tiền xử lý bằng acid-kiềm-vi sóng đạt hiệu quả cao nhất trong việc loại bỏ hemicellulose và lignin. Cụ thể, 71,4% hemicellulose và 79,2% lignin được loại bỏ, trong khi vẫn giữ lại 69,5% cellulose. Điều này cho thấy, việc kết hợp các phương pháp tiền xử lý có thể tối ưu hóa quá trình thủy phân và lên men. Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, phương pháp lên men SHF cho hiệu quả thủy phân cao hơn SSF và SHF+SSF nếu không xem xét đến mặt thời gian.
3.1 Ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý
Các phương pháp tiền xử lý khác nhau có ảnh hưởng rõ rệt đến hàm lượng cellulose, hemicellulose và lignin trong vỏ cà phê. Kết quả cho thấy, phương pháp trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng đạt hiệu suất khử caffeine và polyphenol cao nhất, với 92,3% và 87,7% tương ứng. Tuy nhiên, do lý do kinh tế, phương pháp trích ly thông thường bằng nước nóng được lựa chọn cho việc khử caffeine và polyphenol.
IV. Kết luận
Nghiên cứu đã xác định được phương pháp tiền xử lý tối ưu cho vỏ quả cà phê vối, đồng thời thu nhận thành công enzyme cellulase từ nấm mốc. Kết quả cho thấy, việc sử dụng enzyme cellulase thu nhận được có thể cải thiện hiệu suất thủy phân và lên men, từ đó nâng cao khả năng sản xuất ethanol. Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn trong việc phát triển các quy trình sản xuất năng lượng tái tạo từ nguồn nguyên liệu sinh học.
4.1 Ý nghĩa thực tiễn
Việc nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp tiền xử lý và enzyme sinh học trong sản xuất ethanol từ vỏ cà phê không chỉ giúp giảm thiểu chất thải nông nghiệp mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp và năng lượng.
