Sản Xuất Hóa Chất Giá Trị Cao Từ Lõi Ngô Bằng Candida Magnoliae TISTR 5664

• Tác giả: Tran Ngoc Bich Hong
• Người hướng dẫn: Assoc. Noppol Leksawasdi
• Trường học: Nong Lam University - Ho Chi Minh City
• Chuyên ngành: Food Technology
• Đề tài: Production Of High-Value Chemicals From Corncobs By Candida Magnoliae TISTR 5664: Nghiên Cứu Xylitol, Ethanol Và PAC
• Loại tài liệu: Thesis
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

• ACKNOWLEDGMENT
• ABSTRACT
• TABLE OF CONTENTS
• LISTE OF TABLES
• LIST OF FIGURES
• LIST OF ABBREVIATIONS
• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. Introduction
• 2. CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW
• 2.1. Introduction Of CORNCOBS
• 2.2. Overview & applications of Xylitol
• 2.3. Overview and applications of ethanol
• 2.4. Phenylacetylcarbinol (PAC)
• 2.5. Candida species — Candida magnoliae TISTR 5664
• 2.6. Overview of the transformation from lignocellulosic materials to xylitol, ethanol and phenylacetylcarbinol through fermentation using Candida magnoliae TISTR 5664
• 2.7. Enzymatic Hydrolysis
• 2.8. Biotransformation of high-value chemicals
• 3. CHAPTER 3: MATERIAL AND METHODOLOGY
• 3.1. Time and place
• 3.2. Materials, chemicals and equipment
• 3.3. Candida magnoliae TISTR 5664
• 3.4. Equipment
• 3.5. Dilute acid pretreatment
• 3.6. Enzymatic hydrolysis on corncob cellulosic residue
• 3.7. Vacuum evaporation process
• 3.8. Microorganism and inoculum preparation
• 3.9. Cultivation process for xylitol and ethanol production
• 3.10. Selection of frozen-thawed whole cells for PAC biotransformation
• 3.11. Biotransformation process to produce PAC using frozen-thawed whole cells
• 3.12. Determination of sugars, xylitol and ethanol concentrations
• 3.13. Determination of dried biomass concentration
• 3.14. Calculation of yields
• 3.15. Determination of Volumetric PDC Activity
• 3.16. Determination of PAC, pyruvate, benzaldehyde and benzoic acid concentrations
• 3.17. Determination of pyruvate molarity balance and benzaldehyde molarity balance
• 3.18. Statistical analysis
• 4. CHAPTER 4: RESULTS AND DISCUSSION
• 4.1. Xylitol production from hydrolysate after dilute acid pretreatment
• 4.1.1. Effect of sugar concentration on the formation of xylitol and biomass production in dilute acid pretreatment
• 4.1.2. The changes of pH and total soluble solid (°Brix) in xylitol production
• 4.2. Ethanol production from enzymatic hydrolysis
• 4.2.1. Effect of sugar concentration on the formation of ethanol and biomass production in enzymatic hydrolysis
• 4.2.2. The changes of pH and total soluble solid (°Brix) in ethanol production
• 4.3. Phenylacetylcarbinol biotransformation using frozen-thawed whole cells
• 4.3.1. Selection of frozen-thawed whole cells for biotransformation process
• 4.3.2. Effect of volumetric PDC activity, pyruvate and benzaldehyde on the biotransformation process of PAC in two-phase emulsion system
• 5. CHAPTER 5: CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• REFERENCES
• APPENDICES
• A. Standard curves and analyses
• B. Concentration and activity data
• C. SPSS analysis results

I. Tổng Quan Sản xuất Hóa Chất Giá Trị Cao từ Lõi Ngô 55 ký tự

Lõi ngô, một phế phẩm nông nghiệp, đang ngày càng được công nhận là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho việc sản xuất các hóa chất giá trị cao. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng Candida Magnoliae TISTR 5664 để chuyển đổi lõi ngô thành Xylitol, Ethanol và PAC (Polyanionic Cellulose). Việc tận dụng phế phẩm nông nghiệp như lõi ngô không chỉ giảm thiểu chất thải mà còn tạo ra giá trị gia tăng, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp. Theo nghiên cứu của Tran Ngoc Bich Hong (2024), lõi ngô là một lựa chọn chi phí thấp cho sản xuất hóa chất.

1.1. Tiềm năng của Lõi Ngô trong Sản Xuất Sinh Học

Lõi ngô chứa hàm lượng lớn hemicellulose và cellulose, là nguồn cacbohydrat dồi dào có thể được chuyển đổi thành các sản phẩm sinh học. Candida Magnoliae TISTR 5664 có khả năng lên men các loại đường này thành Xylitol và Ethanol, hai hóa chất có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và năng lượng. Bên cạnh đó, lõi ngô còn có thể được sử dụng để sản xuất PAC, một polyme có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp khoan dầu và xử lý nước. Việc sản xuất sinh học từ lõi ngô mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường.

1.2. Candida Magnoliae TISTR 5664 Vi sinh vật Lên Men hiệu quả

Candida Magnoliae TISTR 5664 là một chủng nấm men có khả năng chuyển đổi xylose, một loại đường phổ biến trong lõi ngô, thành Xylitol. Chủng nấm men này cũng có thể lên men glucose thành Ethanol. Nghiên cứu đã chứng minh Candida Magnoliae TISTR 5664 có hiệu suất chuyển đổi cao và có thể được sử dụng trong sản xuất công nghiệp. Đặc biệt, khả năng chịu được nồng độ đường cao của chủng nấm men này là một ưu điểm quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình lên men.

II. Thách Thức Tối Ưu Sản Xuất Xylitol từ Lõi Ngô 58 ký tự

Mặc dù lõi ngô có nhiều tiềm năng, nhưng việc sản xuất Xylitol, Ethanol và PAC từ nguồn nguyên liệu này vẫn còn nhiều thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là hiệu quả chuyển đổi thấp do sự có mặt của các chất ức chế trong dịch thủy phân. Việc tối ưu hóa quy trình tiền xử lý và lên men là rất quan trọng để nâng cao hiệu suất sản xuất. Ngoài ra, việc giảm chi phí sản xuất cũng là một yếu tố quan trọng để sản phẩm sinh học từ lõi ngô có thể cạnh tranh với các sản phẩm hóa học truyền thống.

2.1. Ảnh hưởng của Tiền Xử Lý đến Hiệu Suất Lên Men

Tiền xử lý là một bước quan trọng trong quy trình sản xuất hóa chất từ lõi ngô. Mục đích của tiền xử lý là phá vỡ cấu trúc lignocellulose của lõi ngô, giúp cho các enzyme dễ dàng tiếp cận và thủy phân cellulose và hemicellulose. Các phương pháp tiền xử lý khác nhau có thể tạo ra các chất ức chế lên men, ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất sản xuất Xylitol và Ethanol. Cần lựa chọn phương pháp tiền xử lý phù hợp để giảm thiểu sự hình thành các chất ức chế và tối ưu hóa hiệu quả lên men.

2.2. Vấn đề về Ức Chế Sản Phẩm trong Lên Men Xylitol

Trong quá trình lên men Xylitol, nồng độ Xylitol cao có thể ức chế hoạt động của Candida Magnoliae TISTR 5664, làm giảm hiệu suất sản xuất. Đây là một vấn đề thường gặp trong sản xuất sinh học. Các giải pháp để giảm thiểu ức chế sản phẩm bao gồm sử dụng chủng nấm men chịu được nồng độ Xylitol cao, hoặc sử dụng các kỹ thuật lên men tiên tiến như lên men mẻ bổ sung hoặc lên men liên tục.

III. Phương Pháp Tối Ưu Hóa Quy Trình Lên Men Bằng Candida 57 ký tự

Để giải quyết các thách thức trên, nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình lên men sử dụng Candida Magnoliae TISTR 5664. Các yếu tố được xem xét bao gồm nồng độ đường, nhiệt độ, pH và thời gian lên men. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng dịch thủy phân đậm đặc so với dịch thủy phân thông thường đến hiệu suất sản xuất Xylitol và Ethanol. Việc tối ưu hóa quy trình không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm chi phí sản xuất.

3.1. Sử dụng Dịch Thủy Phân Đậm Đặc để Tăng Năng Suất

Nghiên cứu so sánh hiệu quả sản xuất Xylitol và Ethanol từ dịch thủy phân lõi ngô đậm đặc và dịch thủy phân thông thường. Dịch thủy phân đậm đặc có nồng độ đường cao hơn, giúp tăng năng suất sản xuất. Tuy nhiên, dịch thủy phân đậm đặc cũng có thể chứa nồng độ các chất ức chế cao hơn, ảnh hưởng đến hoạt động của Candida Magnoliae TISTR 5664. Kết quả cho thấy việc sử dụng dịch thủy phân đậm đặc mang lại năng suất cao hơn trong sản xuất Xylitol.

3.2. Điều chỉnh pH và Nhiệt độ cho Lên Men hiệu quả

pH và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động của Candida Magnoliae TISTR 5664. Nghiên cứu đã khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ khác nhau đến hiệu suất sản xuất Xylitol và Ethanol. Kết quả cho thấy pH và nhiệt độ tối ưu cho lên men Xylitol và lên men Ethanol có thể khác nhau. Việc điều chỉnh pH và nhiệt độ phù hợp giúp tối ưu hóa hoạt động của enzyme và tăng hiệu suất chuyển đổi.

IV. Nghiên Cứu PAC Chuyển Đổi Sinh Học bằng Tế Bào Candida 58 ký tự

Nghiên cứu mở rộng sang phenylacetylcarbinol (PAC), sử dụng tế bào Candida Magnoliae TISTR 5664 đã được làm đông lạnh và rã đông như một chất xúc tác sinh học. Hệ nhũ tương hai pha được áp dụng với các tỷ lệ thể tích khác nhau của dung dịch đệm và dung môi hữu cơ để biến đổi sinh học PAC. Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình và đánh giá nồng độ PAC thu được từ các điều kiện khác nhau.

4.1. Tối ưu hóa quá trình biến đổi sinh học PAC

Quá trình biến đổi sinh học PAC sử dụng các tế bào Candida Magnoliae đông khô mở ra một con đường đầy hứa hẹn. Nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của hoạt động PDC thể tích, pyruvate và benzaldehyde đến quá trình biến đổi sinh học PAC. Kết quả cho thấy tỷ lệ thể tích pha ảnh hưởng đến nồng độ PAC.

4.2. Tỷ lệ thể tích pha ảnh hưởng đến nồng độ PAC

Kết quả chỉ ra rằng nồng độ PAC cao hơn đáng kể thu được ở tỷ lệ thể tích pha 1:0,43 so với tỷ lệ 1:1. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tối ưu hóa các thông số quá trình để tăng cường sản xuất PAC.

V. Ứng Dụng Sản Xuất Sinh Học từ Lõi Ngô Bền Vững 54 ký tự

Nghiên cứu này chứng minh tiềm năng của lõi ngô như một nguồn nguyên liệu tái tạo cho việc sản xuất các hóa chất giá trị cao. Việc sử dụng phế phẩm nông nghiệp như lõi ngô giúp giảm thiểu chất thải và tạo ra giá trị gia tăng. Quy trình sản xuất sinh học sử dụng Candida Magnoliae TISTR 5664 là một giải pháp bền vững và chi phí hiệu quả cho ngành công nghiệp biorefinery. Các sản phẩm sinh học từ lõi ngô có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ thực phẩm đến năng lượng.

5.1. Phân Tích Kinh Tế của Sản Xuất Hóa Chất từ Lõi Ngô

Để đánh giá tính khả thi về mặt kinh tế của sản xuất hóa chất từ lõi ngô, cần thực hiện phân tích kinh tế chi tiết. Phân tích này bao gồm đánh giá chi phí nguyên liệu, chi phí sản xuất, chi phí vận chuyển và giá bán sản phẩm. Kết quả phân tích giúp xác định tiềm năng lợi nhuận và khả năng cạnh tranh của các sản phẩm sinh học từ lõi ngô so với các sản phẩm hóa học truyền thống.

5.2. Đánh Giá Tính Bền Vững của Quy Trình Sản Xuất

Ngoài phân tích kinh tế, cần đánh giá tính bền vững của quy trình sản xuất. Đánh giá này bao gồm xem xét tác động môi trường của quá trình sản xuất, bao gồm lượng khí thải, lượng nước sử dụng và lượng chất thải tạo ra. Một quy trình sản xuất bền vững phải giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên.

VI. Kết Luận Tiềm Năng Hướng Phát Triển Lõi Ngô 54 ký tự

Nghiên cứu này khẳng định tiềm năng lớn của lõi ngô trong việc sản xuất hóa chất giá trị cao. Việc sử dụng Candida Magnoliae TISTR 5664 để chuyển đổi lõi ngô thành Xylitol, Ethanol và PAC là một giải pháp bền vững và kinh tế. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc tối ưu hóa hơn nữa quy trình sản xuất, giảm chi phí và mở rộng ứng dụng của các sản phẩm sinh học từ lõi ngô.

6.1. Nghiên Cứu và Phát Triển Chủng Candida Magnoliae

Tiếp tục nghiên cứu về Candida Magnoliae TISTR 5664 để cải thiện khả năng chịu đựng các chất ức chế và nâng cao hiệu suất chuyển đổi. Nghiên cứu có thể tập trung vào kỹ thuật di truyền để tạo ra các chủng nấm men có khả năng lên men hiệu quả hơn trong điều kiện khắc nghiệt.

6.2. Mở Rộng Ứng Dụng của Xylitol Ethanol và PAC

Nghiên cứu các ứng dụng mới của Xylitol, Ethanol và PAC trong các ngành công nghiệp khác nhau. Ví dụ, Xylitol có thể được sử dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng, Ethanol có thể được sử dụng làm nhiên liệu sinh học và PAC có thể được sử dụng trong xử lý nước thải.