MỞ ĐẦU.2 Rong Chaetomorpha sp. ở đồng bằng sông Cửu Long.3 Thu nhận ethanol lừ sinh khối rong.1 Các phương pháp tiền xứ lý.2 Sự hình thành các chất ức chế vi sinh vật.2 Đường hóa và lên men.1 Phương pháp SHF.2 Phương pháp SSF.3 Một số phương pháp cải tiến.4 Các vấn đề còn tồn tại. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHUONG PHÁP NGHIÊN cúu.1 Nguyên vật liệu.1 Rong Chaetomorpha sp.3 Thiết bị thí nghiệm.2 Nội dung nghiên cứu.1 Xác định các thành phần hóa học cơ bản của rong.2 Nghiên cứu tiền xư lý sinh khối Chaetomorpha sp.3 Chuyển hóa sinh khối rong thành ethanol bàng phương pháp SHF.1 Đường hóa bang enzyme.2 Lên men ethanol.4 Chuyển hóa sinh khối rong thành ethanol bàng phương pháp SSF.5 Nghiên cứu chuyển hóa sinh khối rong thành ethanol bằng phương pháp kết hợp SHF-SSF.3 So sánh các phương pháp lên men.1 Sự chuyên hóa của các hợp chât chửa carbon trong quá trình lên men .2 So sánh hiệu quả của các phương pháp lên men.4 Phương pháp phân tích.5 Công thức tính toán.6 Phương pháp xứ lý số liệu. KÉT ỌUẢ VÀ BIỆN LUẬN.1 Kết quá khao sát các thành phầnhóa học cúa rong Chaetomorpha sp.1 Thành phần polysaccharide.2 Thành phần acid amin trongprotein.2 Tiền xử lý nguyên liệu.1 Tiền xứ lý bằng dung dịch NaOH (% w/v) đè tách protein và khoáng.1 Anh hưởng của tỳ lệ nguyên liệu:dung dịch NaOH.2 Anh hưởng cùa nồng độ dung dịch NaOH (% w/v).3 Ảnh hưởng của nhiệt độ (°C).4 Ánh hưởng của thời gian tiền xử lý.2 Tiền xứ lý rong bằng sóng siêu âm và dung dịch NaOH (% w/v) dê tách protein và khoáng.1 Công suất siêu âm.2 Thời gian siêu âm.3 Tiền xử lý rong bằng dung dịch H2SO4 (% w/v) để phá vỡ cấu trúc tinh thê của sinh khôi rong.1 Nồng độ dung dịch H2SO4.2 Tý lệ nguyên liệu trong dung dịch H2SO4 (% w/v).
Nhiệt độ tiền xử lý.4 Thời gian tiền xứ lý với dung dịch H2SƠ4(% w/v).3 Chuyển hóa sinh khối rong thành ethanol bang phương pháp SHF.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đường hóa.1 Tý lệ nguyên liệu (% w/v).2 Nồng độ enzyme endoglucanase (FPU/g).3 Nồng độ enzyme p-glucosidase (CBU/g).4 Thời gian thủy phân.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men.1 Nhiệt độ lên men.2 Mật độ nấm men sử dụng.3 Thời gian lên men.4 Chuyển hóa sinh khối rong thành ethanol bang phương pháp SSF.1 Tý lệ nguyên liệu (%w/v).2 Nồng độ enzyme endoglucanase (FPU/g).3 Nồng dộ enzyme P-glucosidase (CBU/g).4 Nhiệt độ lên men (°C).5 Mật độ nấm men sử dụng.6 Thời gian lên men.5 Chuyển hóa sinh khối rong Chaetomorpha sp. thành ethanol bàng phương pháp kết họp SHF-SSF.1 Lượng nguyên liệu bổ sung (% so với lượng nguyên liệu ban đầu).2 Lượng enzyme endoglucanase bổ sung (FPU/g nguyên liệu bổ sung) .3 Lượng enzyme 0-glucosidase bô sung (CBU/g nguyên liệu bổ sung) .4 Mật độ nấm men sử dụng (xlO6CFU/ml dịch lên men).5 Thời gian lên men.6 Sự chuyến hóa cùa các thành phần chứa carbon trong quá trình lên men .1 Phương pháp SHF.2 Phuong pháp SSF.3 Phương pháp kết hợp SHF-SSF.7 So sánh hiệu quả của các phương pháp. KÉT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ. 107 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BÓ.
110 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 126 ix DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình ánh rong Chaetomorpha sp.2 Các chất ức chế có thể hình thành trong quá trình tiền xử lý polysaccharide [36] .3 Kết quả đường hóa sinh khối Enteromorpha intestinalis (trái) và quá trình lên men bàng phương pháp SHF (phải) [50].4 Thủy phân sinh khối G. amansii với 1,5% acid ở nhiệt độ 120 °C (a) và 140 °C (b) [57].5 Ket quả quá trình lên men ethanol dịch thủy phân G.6 Lên men theo phương pháp SSF trên sinh khối rong Saccharỉna japonica [40].1 Sư đô nghiên cửu quá trình chuyên hóa rong Chaeíomorpha sp.1 Gian đồ phân bo kích thước hạt cúa mẫu rong nguyên liệu (trái) và mầu rong sau quá trình tiền xứ lý bằng dung dịch NaOH.2 Ánh chụp dưới kính hiển vi điện tứ quét bề mặt hạt rong trước (trái) và sau quá trình tiền xử lý bằng dung dịch NaOH.3 Gian đồ phân bố kích thuớc hạt cùa rong sau quá trình tiền xử lý bằng NaOH (trái) và NaOH kết hợp với sóng siêu âm (phải).4 Ánh chụp dưới kính hiền vi điện tử quét bề mặt hạt rong sau quá trình tiền xừ lý bằng NaOH (trái) và NaOH kết hợp với sóng siêu âm (phải).5 Giản đồ phân bố kích thước hạt của rong sau quá trình tiền xử lý với dung dịch H2SO4 (%w/v).6 Ánh chụp SEM bề mặt sợi rong sau quá trình tiền xử lý với dung dịch H2SO4(% w/v).7 Ánh hưởng của thời gian đến quá trình đường hóa.8 Anh hường của thời gian đên phương pháp lên men SHF.9 Anh hưởng của thời gian lên men (giờ) đên quá trinh lên men SSF.10 Ảnh hương của thời gian (giờ) đến quá trình lên men theo phương pháp kết hợp SHF-SSF.11 Sự chuyển hóa của các thành phần chứa carbon trong phương pháp lên men SHF.12 Sự chuyến hóa cúa các thành phần chứa carbon trong phương pháp lên men SSF.13 Sự chuyển hóa của các thành phần có chứa carbon trong phương pháp lên men kết hợp SHF-SSF.14 Quy trình tồng thế của các phương pháp chuyền hóa sinh khối rong Chaetomorpha sp. 106 xi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học cúa một số loại rong phổ biến.2 Thành phần hóa học của sinh khối Chaetomorpha linum sau quá trình tiền xử lý bởi một số phương pháp vật lý 141J.3 Một số phương pháp cải tiến.1 Thành phần hóa học cơ bản của rong Chaetomorpha sp.2 Các loại liên kết glycoside trong carbohydrate của rong Chaetomorpha sp.3 Thành phần acid amin trong protein cùa rong Chaetomorpha sp.4 Thành phần khoáng của rong Chaetomorpha sp.5 Ảnh hường của tỷ lệ nguyên liệu:dung dịch NaOH đến quá trình tách protein và khoáng.6 Ánh hường cứa nồng độ dung dịch NaOH (% w/v) đến quá trình tách protein và khoáng.7 Ánh hưởng của nhiệt độ đen quá trình tách protein và khoáng bang dung dịch NaOH (%v/w).8 Ánh hướng của thời gian tiền xư lý đến quá trình tách protein và khoáng bằng dung dịch NaOH (%w/v).9 Ánh hường của công suất siêu âm đến quá trình tách protein và khoáng bàng dung dịch NaOH (% w/v).10 Ảnh hường cùa thời gian siêu âm đến quá trình tách protein và khoáng bằng dung dịch NaOH (% w/v).11 So sánh quá trình tiền xử lý rong đê tách protein và khoáng bang dung dịch NaOH (% w/v) khi không có và có sóng siêu âm hỗ trợ.12 Ảnh hưởng của nồng độ acid đến quá trình tiền xư lý rong bằng dung dịch H2SO4 (% w/v).13 Anh hường cùa tỷ lệ nguyên liệu (% w/v) trong dung dịch II2SO4 đên quá trình tiền xử lý rong.14 Anh hương cùa nhiệt độ dến quá trình tiền xứ lý rong bang dung dịch H2SO4 (% w/v).15 Anh hương của thời gian đển quá trình tiền xứ lý rong bằng dung dịch H2SO4(% w/v).16 Anh hướng cua tý lệ nguyên liệu (% w/vdich huyền phù nguyên liệu) đến quá trình đường hóa.17 Anh hương cùa nồng độ endoglucanase (FPƯ/g) đến quá trinh đường hóa .18 Ảnh hương của nồng độ P-glucosidase (CBU/g) đến quá trình đường hóa .19 Ảnh hường của nhiệt độ (°C) lèn men đến hiệu quả phương pháp lên men SHF.20 Ảnh hường của mật độ nấm men ((x I06 CFU/mL) đển hiệu quả lên men của phương pháp SHF.21 Ành hưởng của tỷ lệ nguyên liệu (%w/v<iịch huyền phù nguyên liệu) tới hiệu quả lên men của phương pháp SSF.22 Anh hường của nông độ enzyme endoglucanase (FPU/g) tới hiệu quà lên men của phương pháp SSF.23 Anh hương của enzyme 0-glucosidase (CBU/g) tới hiệu qua lên men của phương pháp SSF.24 Anh hương của nhiệt độ lên men (°C) tới hiệu quá lên men cua phương pháp SSF.25 Anh hương cùa mật độ nấm men (x 106 CFU/mL) tới hiệu quả lên men cùa phương pháp lên men SSF.26 Anh hương cua lượng nguyên liệu bố sung (%) đến quá trình lên men bằng phương pháp kết hợp SHF-SSF.27 Anh hường cùa enzyme endoglucanase bo sung (FPU/g) đến quá trình lên men theo phương pháp kết hợp SHF-SSF.28 Ành hường cùa lượng enzyme P-glucosidase (CBƯ/g) bổ sung đến quá trình lên men theo phương pháp kết hợp SHF-SSF.29 Anh hưởng của mật độ nấm men (x 106CFƯ/ml) đen quá trình lên men theo phương pháp kết hợp SHF-SSF.30 So sánh hiệu quả của các phương pháp lên men.
105 xiii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẤT SHF: SEPARATE HYDROLYSIS and FERMENTATION SSF: SIMULTANEOUS SACCHARIFICATION and FERMENTATION ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long HMF: HydroxyMcthylFurfural HPLC: High Performance Liquid Chromatography - sắc ký lỏng hiệu năng cao XRD: X Ray Diffraction - Nhiều xạ tia X Crl: Crystallization Index - Chi sô tinh thê hóa DP: Degree of Polymerization - Mức độ poly me hóa FPU: Filter Paper Unit - Đơn vị hoạt lực của enzyme endoglucanase Cellic Ctec2 CBU: CclloBiasc Unit - Đơn vị hoạt lực của enzyme p-glucosidase Novozyme 188 xiv MỎ ĐẦU Ethanol là một sản phẩm truyền thống có từ rất lâu đời ở Việt Nam và nhiều nước trên thể giới. Tùy thuộc vào nồng độ ethanol và độ tinh sạch, sản phấm ethanol sẽ có những mục đích sử dụng khác nhau. Trong công nghiệp thực phẩm, ethanol được dùng làm nguyên liệu để sàn xuất các loại rượu mùi. Ethanol còn được sử dụng trong công nghệ hóa học, công nghệ sinh học, y tế và nhiên liệu sinh học.
Các quy trinh sản xuất ethanol mang lại hiệu quả kinh tế cao hiện nay đều sử dụng nguyên liệu là ngũ cốc hoặc các loại củ giàu tinh bột. Tại Việt Nam, ethanol cũng được sán xuất từ nguycn liệu ngũ cốc (gạo) và củ (khoai mì). Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng ethanol cũng gia tăng cùng với sự phát triền kinh tế cùa đất nước. Sán xuất ethanol từ gạo và khoai mì anh hướng lớn đến nguồn lương thực trong nước, đặc biệt là việc xuất khẩu lương thực.
Điều này cần được quan tâm trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biến dâng, diện tích đất nông nghiệp Việt Nam sẽ mất đi khoảng 10%. Đe đàm bào nhu cầu ngày càng gia tăng cùa ethanol và cân bằng lương thực cho con người, các nhà khoa học trên thế giới đã và đang tim kiếm nguồn nguyên liệu mới đe sản xuất ethanol [1-31- Gan đây, rong biển được xem là nguồn nguyên liệu từ sinh vật thủy sinh đà và đang dược nhiều nhà khoa học chú ý đến như là nguồn nguyên liệu sàn xuất ethanol thay thế cho nguồn tinh bột [4]. Rong biển có sinh khối lớn, không cạnh tranh với cây lương thực, không chiếm diện tích đất canh tác nên được xem là nguồn nguyên liệu phù hợp đế sản xuất ethanol |5|. Việc sàn xuất ethanol từ rong có nhiều giá trị về môi trường và kinh tế; tuy nhiên nhiều thách thức còn tồn tại như rong có nhiều thành phần carbohydrate khác biệt so với tinh bột [6-91.
Giống rong biển Chaetomorpha sp. di chuyển theo nước biến xâm nhập và thích nghi với nước lợ cúa dồng bằng sông Cửu Long. Chúng có mặt tự nhiên với số lượng lớn trong kliáp các ao hồ nuôi thủy sản quảng canh nước lợ tại các tinh Tây Nam Bộ.