Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình thu nhận đường từ bã cà phê để nuôi cấy Saccharomyces cerevisiae

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1. Đặt vấn đề

2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ BÃ CÀ PHÊ VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC

2.1. Giới thiệu về bã cà phê và thành phần hóa học

2.2. Một số ứng dụng của thành phần carbohydrate trong bã cà phê

2.2.1. Lên men sản xuất cồn sinh học

2.2.2. Chế tạo than hoạt tính (Biochar)

2.2.3. Vật liệu composite

2.3. Các phương pháp tiền xử lý

2.3.1. Tiền xử lý bằng phương pháp vật lý

2.3.2. Tiền xử lý bằng phương pháp hóa học

2.3.3. Tiền xử lý bằng phương pháp sinh học

2.4. Phương pháp quang phổ hấp thu phân tử (UV-Visible spectrophotometer)

2.5. Kỹ thuật sắc kí lỏng cao áp (High performance liquid chromatography)

2.6. Phương pháp đáp ứng bề mặt (Response Surface Methodology)

2.7. Tổng quan về tình hình nghiên cứu

3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Thời gian, địa điểm nghiên cứu

3.2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

3.3. Hướng pháp nghiên cứu

3.4. Định lượng polysaccharide

3.5. Tách dầu trong bã cà phê

3.6. Tối ưu hóa điều kiện tiền xử lý bã cà phê

3.7. Thủy phân bã cà phê sau tiền xử lý với enzyme

3.8. Định lượng đường khử và thành phần monosaccharide trong dịch thủy phân

3.9. Khảo sát khả năng nuôi cấy nấm men của dịch đường sau thủy phân

4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1. Tối ưu hóa điều kiện tiền xử lý bã cà phê bằng phương pháp bề mặt đáp ứng kết hợp nghiệm thức tâm (RSM-CCD)

4.2. Thủy phân bã cà phê sau tiền xử lý bằng enzyme

4.2.1. Ảnh hưởng của liều lượng enzyme đến hiệu quả thủy phân

4.2.2. Thủy phân kết hợp hai loại enzyme Cellulast và Viscozyme

4.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đệm đến hiệu quả thủy phân

4.2.4. Ảnh hưởng của tiền xử lý tới hiệu quả thủy phân polysaccharide

4.3. Khảo sát khả năng tăng sinh Saccharomyces cerevisiae bằng dịch thủy phân bã cà phê

4.3.1. Kết quả theo dõi mật độ vi sinh vật

4.3.2. Kết quả theo dõi nồng độ đường khử trong dịch tăng sinh

4.3.3. Kết quả xác định mật độ tế bào

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

PHỤ LỤC

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

DANH SÁCH BẢNG

DANH MỤC HÌNH

I. Tổng quan về nghiên cứu tối ưu hóa quy trình thu nhận đường từ bã cà phê

Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình thu nhận đường từ bã cà phê nhằm giải quyết vấn đề chất thải từ ngành cà phê. Bã cà phê chứa hàm lượng carbohydrate cao, nhưng chưa được khai thác triệt để. Việc tối ưu hóa quy trình này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra nguồn nguyên liệu giá trị cho ngành công nghiệp thực phẩm và sinh học.

1.1. Bã cà phê và thành phần hóa học của nó

Bã cà phê (BCP) chứa nhiều polysaccharide như cellulose và hemicellulose. Các thành phần này có thể được thủy phân thành đường khử, phục vụ cho quá trình nuôi cấy vi sinh vật. Nghiên cứu cho thấy BCP có thể cung cấp nguồn nguyên liệu dồi dào cho sản xuất sinh khối.

1.2. Tầm quan trọng của việc tối ưu hóa quy trình

Tối ưu hóa quy trình thu nhận đường từ BCP giúp nâng cao hiệu suất thu hồi đường khử. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường bằng cách giảm thiểu chất thải.

II. Vấn đề và thách thức trong việc thu nhận đường từ bã cà phê

Mặc dù bã cà phê chứa nhiều carbohydrate, nhưng việc thu nhận đường từ chúng gặp nhiều thách thức. Hiệu suất thủy phân thường thấp, chỉ đạt từ 9-18% khối lượng BCP khô. Các yếu tố như nồng độ enzyme, điều kiện pH và nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến quá trình này.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu nhận đường

Nồng độ enzyme và tỷ lệ dung môi: bã cà phê là hai yếu tố quan trọng. Nghiên cứu cho thấy, việc tối ưu hóa các yếu tố này có thể gia tăng đáng kể hiệu suất thu hồi đường khử từ BCP.

2.2. Thách thức trong việc ứng dụng thực tiễn

Việc ứng dụng dịch thủy phân BCP trong nuôi cấy vi sinh vật còn gặp khó khăn do sự hiện diện của các hợp chất ức chế. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để tìm ra giải pháp khắc phục.

III. Phương pháp tối ưu hóa quy trình thu nhận đường từ bã cà phê

Phương pháp tối ưu hóa quy trình thu nhận đường từ bã cà phê bao gồm tiền xử lý bằng kiềm và enzyme. Sử dụng mô hình bề mặt đáp ứng giúp xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân.

3.1. Tiền xử lý bã cà phê bằng kiềm

Tiền xử lý bằng kiềm giúp phá vỡ cấu trúc lignocellulose, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy phân. Nghiên cứu cho thấy nồng độ NaOH 3,5% là điều kiện tối ưu.

3.2. Thủy phân bã cà phê bằng enzyme

Thủy phân bã cà phê bằng enzyme Cellulast và Viscozyme cho kết quả tốt nhất. Nghiên cứu cho thấy nồng độ enzyme 4% và pH 4.8-5.0 là điều kiện lý tưởng để thu nhận đường khử.

IV. Ứng dụng thực tiễn của dịch thủy phân bã cà phê trong nuôi cấy Saccharomyces cerevisiae

Dịch thủy phân bã cà phê có thể được sử dụng làm môi trường nuôi cấy cho Saccharomyces cerevisiae. Nghiên cứu cho thấy, dịch này có thể cung cấp nguồn đường khử dồi dào cho sự phát triển của vi sinh vật.

4.1. Khả năng tăng sinh của Saccharomyces cerevisiae

Mật độ tế bào của S. cerevisiae đạt 1,19 x 10^7 CFU/mL khi nuôi cấy trong dịch thủy phân bã cà phê. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của BCP trong sản xuất sinh khối.

4.2. Kết quả theo dõi nồng độ đường khử

Nồng độ đường khử trong dịch thủy phân đạt 10195 mg/L, cho thấy hiệu quả của quy trình tối ưu hóa. Kết quả này mở ra hướng đi mới cho việc sử dụng BCP trong sản xuất thực phẩm.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu tối ưu hóa quy trình thu nhận đường từ bã cà phê

Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình thu nhận đường từ bã cà phê đã đạt được những kết quả khả quan. Việc ứng dụng dịch thủy phân trong nuôi cấy vi sinh vật không chỉ giúp giảm thiểu chất thải mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị.

5.1. Tương lai của nghiên cứu

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện hiệu suất thu hồi đường khử từ BCP. Các phương pháp mới và công nghệ sinh học có thể được áp dụng để nâng cao hiệu quả.

5.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp

Dịch thủy phân bã cà phê có thể được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và sinh học. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.