intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu quá trình sản xuất ethanol từ rau rác thải tại chợ Nông sản thực phẩm Thủ Đức

Chia sẻ: Trương Yến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST
Báo xấu
36
lượt xem 7
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp này được thực hiện với mục tiêu nhằm khảo sát sơ bộ đặc điểm rau rác thải tại chợ nông sản thực phẩm Thủ Đức, tiền xử lý chất thải, khảo sát điều kiện lên men ethanol từ chủng nấm men Sacharomyces cerevisiae, thu nhận ethanol sinh học sau lên men. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu quá trình sản xuất ethanol từ rau rác thải tại chợ Nông sản thực phẩm Thủ Đức

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL TỪ RAU RÁC THẢI TẠI CHỢ NÔNG SẢN THỰC PHẨM THỦ ĐỨC Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn : TS. HOÀNG QUỐC KHÁNH CN. NGÔ ĐỨC DUY Sinh viên thực hiện : LÊ XUÂN HUY MSSV: 0851110098 Lớp: 08DSH1 TP. Hồ Chí Minh, 2012
  2. Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Trang DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................iv DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................vi DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................................ viii LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU....................................................................... 4 1.1. Nhiên liệu sinh học ................................................................................................... 4 1.1.1. Ưu điểm của nhiên liệu sinh học ...................................................................... 4 1.1.2. Nhược điểm của nhiên liệu sinh học ................................................................ 5 1.2. Tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học trên thế giới và ở Việt Nam .................. 5 1.2.1. Tình hình trên thế giới ....................................................................................... 5 1.2.2. Tình hình ở Việt Nam ........................................................................................ 6 1.2.3. Triển vọng ethanol tương lai ............................................................................. 6 1.3. Các nguồn nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học ............................................ 7 1.3.1. Nguyên liệu chứa tinh bột ................................................................................. 7 1.3.2. Nguyên liệu chứa đường- mật rỉ ....................................................................... 7 1.3.3. Nguyên liệu chứa lignocellulose ....................................................................... 7 1.3.3.1. Cellulose ....................................................................................................... 9 1.3.3.2. Hemicellulose............................................................................................. 10 1.3.3.3. Lignin ......................................................................................................... 11 1.4. Sơ lược về nguồn nguyên liệu rau quả................................................................. 11 1.4.1. Tình hình sản xuất rau củ quả tại Việt Nam .................................................. 11 1.4.2. Thành phần rau quả ........................................................................................ 12 1.4.2.1. Chất khô ..................................................................................................... 12 1.4.2.2. Chất béo ..................................................................................................... 14 i
  3. Đồ án tốt nghiệp 1.4.2.3. Acid hữu cơ ................................................................................................ 14 1.4.2.4. Vitamin ....................................................................................................... 14 1.5. Quy trình sản xuất ethanol từ rau rác thải ......................................................... 15 1.5.1. Tổng quát .......................................................................................................... 15 1.5.2. Tiền xử lý .......................................................................................................... 15 1.5.2.1. Các phương pháp tiền xử lý cơ học .......................................................... 15 1.5.2.2. Các phương pháp tiền xử lý hóa học........................................................ 15 1.5.2.3. Tiền xử lý sinh học .................................................................................... 16 1.5.3. Quá trình thủy phân......................................................................................... 16 1.5.3.1. Các nguồn sản xuất enzyme cellulase ...................................................... 16 1.5.3.2. Enzyme cellulase........................................................................................ 17 1.5.3.3. Cấu trúc của enzyme cellulase .................................................................. 17 1.5.3.4. Cơ chế thủy phân cellulose của enzyme cellulase ................................... 18 1.5.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến qúa trình thủy phân ...................................... 19 1.5.4. Quá trình lên men...................................................................................... 21 1.5.4.1. Nấm men Sacharomyces cerevisiae .......................................................... 21 1.5.4.2. Cơ chế hóa sinh học của quá trình lên men ............................................ 21 1.5.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men.......................................... 23 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 25 2.1. Vật liệu và hóa chất. .............................................................................................. 25 2.1.1. Rau rác thải ...................................................................................................... 25 2.1.2. Enzyme cellulase .............................................................................................. 25 2.1.3. Nấm men Sacharomyces cerevisiae ................................................................ 26 2.1.4. Các hóa chất sử dụng ...................................................................................... 26 2.2. Các thiết bị sử dụng ............................................................................................... 26 2.3. Các phương pháp sử dụng .................................................................................... 28 ii
  4. Đồ án tốt nghiệp 2.3.1. Phương pháp xác định hàm lượng cellulose .................................................. 28 2.3.2. Phương pháp định tính ethanol ...................................................................... 29 2.3.3. Phương pháp đo nồng độ đường khử ............................................................. 30 2.3.4. Phương pháp xác định hoạt tính enzyme ....................................................... 32 2.3.5. Phương pháp nuôi cấy và đếm nấm men........................................................ 34 2.3.6. Phương pháp Cordebard ................................................................................. 36 2.4. Trình tự nghiên cứu .............................................................................................. 39 2.4.1. Quy trình công nghệ ........................................................................................ 39 2.4.2. Thuyết minh quy trình ..................................................................................... 40 2.4.2.1. Giai đoạn tiền xử lý ................................................................................... 40 2.4.2.2. Giai đoạn thủy phân bằng enzyme cellulase ............................................ 41 2.4.2.3. Giai đoạn lên men bằng nấm men Sacharomyces cerevisiae .................. 44 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ................................................................ 46 3.1. Giai đoạn tiền xử lý cơ chất .................................................................................. 46 3.2. Giai đoạn thủy phân bằng enzyme cellulase ....................................................... 48 3.3. Giai đoạn lên men bằng nấm men Sacharomyces cerevisiae ............................. 53 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................. 58 4.1. Kết luận .................................................................................................................. 58 4.2. Đề nghị .................................................................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 59 iii
  5. Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH ẢNH Số tt Tên hình Số trang Hình 1.1 Cấu trúc lignocellulose 8 Mối quan hệ cellulose – hemicellulose trong cầu trúc Hình 1.2 8 lignocellulose Hình 1.3 Công thức hóa học của cellulose 9 Hình 1.4 Kiểu Fringed fibrillar và kiểu Folding chain 10 Hình 1.5 Cầu trúc lignin 11 Hình 1.6 Cầu nối peptide 18 Hình 1.7 Cơ chế quá trình thủy phân 19 Hình 2.1 Rau hư tại chợ Nông Sản Thực Phẩm Thù Đức 25 Hình 2.2 Vị trí địa lý chợ Nông Sản Thực Phẩm Thủ Đức 25 Hình 2.3 S.cerevisiae nhìn dưới kính hiển vi điện tử 40X 26 Hình 2.4 Hệ thống Kjendahl 27 iv
  6. Đồ án tốt nghiệp Hình 2.5 Máy lắc 28 Hình 2.6 Máy đo quang phổ 28 Hình 2.7 Tủ hấp 28 Hình 2.8 Tủ sấy 28 Hình 2.9 Bể ổn nhiệt 28 Hình 2.10 Cân 28 Hình 2.11 Dung dịch chuyển sang màu vàng khi chuẩn độ bằng Na2S203 37 Hình 2.12 Dung dịch chuyển sang xanh đậm khi cho hồ tinh bột 37 Dung dịch chuyển sang xanh lơ khi tiếp tục chuẩn độ bằng Hình 2.13 38 Na2S203 Hình 2.14 Bã rau trước tiền xử lý bằng NaOH 40 Hình 2.15 Bã rau sau tiền xử lý bằng NaOH 41 v
  7. Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG Stt Tên bảng Số trang Bảng 1.1 Một số nguyên liệu chứa tinh bột cao 7 Bảng 1.2 Diện tích sản lượng rau theo vùng 12 Bảng 1.3 Hàm lượng hydrocacbon của một số rau quả 13 Bảng 1.4 Thành phần hydrocacbon ở một số loại rau 14 Bảng 1.5 Dựng đường chuẩn glucose 0.5mg/ml 31 Bảng 1.6 Dựng đường chuẩn glucose 10mg/ml 33 Sự thay đổi khối lượng bã sau quá trình tiền xử lý bằng Bảng 3.1 46 NaOH, Na2CO3, Ca(OH)2 Sự thay đổi khối lượng bã sau quá trình tiền xử lý bằng Bảng 3.2 47 NaOH ở các thời điểm khác nhau Bảng 3.3 Nồng độ glucose, hiệu suất tại 25h theo nhiệt độ 48 Bảng 3.4 Nồng độ glucose, hiệu suất tại 25h theo thời gian 50 Bảng 3.5 Nồng độ glucose, hiệu suất tại 25h theo pH 51 vi
  8. Đồ án tốt nghiệp Nồng độ glucose, hiệu suất tại 25h theo lượng enzyme sử Bảng 3.6 52 dụng Bảng 3.7 Sự thay đổi lượng ethanol theo nhiệt độ 53 Bảng 3.8 Sự thay đổi lượng ethanol theo pH 54 Bảng 3.9 Sự thay đổi lượng ethanol theo lượng nấm men sử dụng 56 vii
  9. Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ Stt Tên sơ đồ và đồ thị Trang Đồ thị 2.1 Đồ thị đường chuẩn glucose 0.5mg/ml 35 Đồ thị 2.2 Đồ thị đường chuẩn glucose 10mg/ml 37 Sự thay đổi khối lượng bã rau sau quá trình tiền xử lý Biểu đồ 3.1 46 bằng NaOH 2%, Na2CO3 2%, Ca(OH)2 2% Sự thay đổi khối lượng bã rau sau quá trình tiền xử lý Biểu đồ 3.2 47 bằng NaOH ở các thời điểm khác nhau Biểu đồ 3.3 Nồng độ glucose, hiệu suất tại 24h theo nhiệt độ 49 Biểu đồ 3.4 Nồng độ glucose, hiệu suất theo thời gian 50 Biểu đồ 3.5 Nồng độ glucose, hiệu suất theo pH 51 Biểu đồ 3.6 Nồng độ glucose, hiệu suất theo lượng enzyme sử dụng 52 Biểu đồ 3.7 Sự thay đổi nồng độ ethanol theo nhiệt độ 54 Biểu đồ 3.8 Sự thay đổi nồng độ ethanol ở các pH khác nhau 55 Sự thay đổi nồng độ ethanol ở các tỷ lệ nấm men khác Biểu đồ 3.9 56 nhau viii
  10. Đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Nhu cầu năng lượng của loài người đã hiện diện cách nay hàng ngàn năm, khi con người biết dùng lửa trong hoạt động hàng ngày để nướng thịt, đuổi thú dữ, đốt rừng làm rẫy. Kể từ đó nguồn năng lượng từ vật rắn ngày càng trở nên quan trọng, có hơn hai tỉ người trên thế giới đang dùng chất rắn trong gia đình để nấu nướng và sưởi ấm mùa đông. Năng lượng có vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc gia. Vì vậy trong chính sách phát triển kinh tế xã hội bền vững, chính sách năng lượng được đặt lên hàng đầu. Vào thế kỷ 19 gỗ là nguồn năng lượng làm máy chạy bằng hơi nước trong ngành chuyên chở, giúp phát triển mạnh công nghiệp cơ giới. Sau đó, con người chế tạo máy phát điện cung cấp nguồn điện năng mới có nhiều công dụng cho đời sống hàng ngày và thay thế dần những máy chạy bằng hơi nước. Khi tìm thấy nguồn nhiên liệu trầm tích như than đá, dầu hỏa và khí đốt, con người sử dụng loại năng lượng không tái tạo này để chạy máy nổ, chủ yếu trong ngành vận tải, nhiệt và điện năng. Loại nhiên liệu thể lỏng trở nên thông dụng hơn trong ngành vận chuyển vì dễ sử dụng hơn loại nhiên liệu khí và rắn, và từ đó nguồn năng lượng rắn được sử dụng giảm dần. Với tốc độ tiêu thụ như hiện nay và trữ lượng dầu mỏ hiện có, nguồn năng lượng này sẽ nhanh chóng bị cạn kiệt trong vòng 40-50 năm nữa. Để đối phó tình hình đó, cần tìm ra các nguồn năng lượng thay thế được ưu tiên hàng đầu. Trong số các nguồn năng lượng thay thế dầu mỏ đang sử dụng hiện nay (năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân…), năng lượng sinh học đang là xu thế phát triển tất yếu. Để tìm nguồn nhiên liêu thay thế phần nào việc sử dụng xăng dầu trong việc vận chuyển, trong những năm gần đây người ta phải tìm kiếm những phương thức mới sử dụng các nguồn nhiên liệu khác. Chẳng hạn sử dụng ethanol sinh học pha vào xăng chạy máy để giảm phần nào sự sử dụng xăng. Ở nhiều quốc gia công nghệ sản xuất ethanol sinh học với nguyên liệu sắn, ngô, khoai, gỗ…rất phổ biến nhưng sẽ ảnh hưởng đến an ninh lương thực thế giới. Do vậy để sản xuất ethanol sinh 1
  11. Đồ án tốt nghiệp học phải tìm ra nguồn nguyên liệu thay thế từ những nguồn nguyên liệu tái sinh như: phế phẩm nông nghiệp, phế phẩm lâm nghiệp, phế phẩm từ nhà máy thực phẩm gia công, cây công nghiệp được gieo trồng cho mục đích làm nguyên liệu, các phế phẩm hữu cơ trong rác … do đó để tìm nguồn nguyên liệu thay thế, em tiến hành nghiên cứu” Nghiên cứu quá trình sản xuất ethanol từ rau rác thải tại chợ tại chợ Nông Sản Thực Phẩm Thủ Đức”…để sản xuất ethanol. 2. Mục đích nghiên cứu - Khảo sát sơ bộ đặc điểm rau rác thải tại chợ nông sản thực phẩm Thủ Đức - Tiền xử lý chất thải - Khảo sát điều kiện lên men ethanol từ chủng nấm men Sacharomyces cerevisiae - Thu nhận ethanol sinh học sau lên men. 3. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp xác định hàm lượng cellulose để xác định hàm lượng cellulose trong rau rác thải - Phương pháp xác định hoạt tính enzyme cellulase thương mại - Xác định hàm lượng đường của dịch thủy phân dựa trên cơ sở phản ứng tạo màu giữa đường khử với thuốc thử acid dinitrosalicycid - Sử dụng phương pháp nuôi cấy và nhân giống để tăng hoạt lực của S. cerevisiae - Sử dụng phương pháp đếm nấm men để xác định mật độ nấm men trong 1ml - Xác định nồng độ ethanol sinh ra bằng phương pháp Cordebard - Phương pháp phân tích và xử lý số liệu tiến hành sử dụng phần mềm Microsoft Office Excel 2007. 4. Phạm vi nghiên cứu - Thí nghiệm được thực hiện tại phòng Vi sinh, Viện Sinh Học Nhiệt Đới, 9/621 xa lộ Hà Nội, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh. - Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 4 đến tháng 7 năm 2012. 5. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp 2
  12. Đồ án tốt nghiệp Gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan tài liệu Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và biện luận Chương 4: Kết luận và kiến nghị 3
  13. Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Nhiên liệu sinh học Nhiên liệu sinh học là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật, ngũ cốc, chất thải trong nông nghiệp, sản phẩm thải trong công nghiệp. Nhiên liệu sinh học có thể được phân loại thành các nhóm chính như sau: - Diesel sinh học (biodiesel) là một loại nhiên liệu lỏng có tính năng tương tự và có thể sử dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống. Biodiesel được điều chế bằng cách từ dẫn xuất một số loại dầu mỡ sinh học thông qua quá trình transester hóa cho phản ứng với các loại rượu phổ biến nhất là methanol. - Ethanol sinh học (bioethanol) là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có thể sử dụng ethanol sinh học pha trộn vào xăng thay chì. Ethanol được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, cellulose, lignocellulose. - Gas sinh học (biogas) là một loại khí hữu cơ gồm methane và các đồng đẳng khác. Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose, tạo thành sản phẩm ở dạng khí. Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí gas từ sản phẩm dầu mỏ [17]. 1.1.1. Ưu điểm của nhiên liệu sinh học Trước đây nhiên liệu sinh học hoàn toàn không được chú trọng hầu như đây chỉ là một nhiên liệu thay thế phụ tận dụng ở quy mô nhỏ. Tuy nhiên sau khi xuất hiện khủng hoảng nhiên liệu ở quy mô toàn cầu cũng như ý thức bảo vệ môi trường được lên cao nhiên liệu sinh học bắt đầu được chú ý phát triển ở quy mô lớn hơn do có nhiều ưu điểm nổi bậc so với các loại nhiên liệu truyền thống như sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống. Các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh. Do đó chúng giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu không tái sinh truyền thống [16]. 4
  14. Đồ án tốt nghiệp 1.1.2. Nhược điểm của nhiên liệu sinh học Việc sản xuất ethanol sinh học từ các nguồn tinh bột hay từ các cây thực phẩm được cho là ảnh hưởng đến an ninh lương thực. Khả năng sản xuất ở quy mô lớn cũng còn kém do nguồn cung cấp không ổn định vì phụ thuộc vào thời tiết và nông nghiệp. Bên canh đó giá thành sản xuất nhiên liệu sinh học vẫn còn cao hơn nhiều so với nhiên liệu truyền thống, từ đó việc ứng dụng và sử dụng nhiên liệu sinh học vào đời sống vẫn chưa phổ biến rộng. Tuy ngày nay ở nhiều quốc gia người ta chú trọng vào sản xuất nhiên liệu sinh học từ phế phẩm nông nghiệp và công nghiệp [16]. 1.2. Tình hình sản xuất nhiên liệu sinh học trên thế giới và ở Việt Nam 1.2.1. Tình hình trên thế giới Năng lượng sinh học sẽ góp phần đa dạng hóa nguồn năng lượng, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm nhà kính. Đến năm 2015 thế giới sẽ sử dụng 12% nhiên liệu sinh học trong toàn bộ nhu cầu năng lượng. Chính quyền Obama và Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) đã công bố Tiêu chuẩn nhiên liệu tái tạo để thúc đẩy việc phát triển nhiên liệu sinh học. Theo kế hoạch thì đến năm 2022 nhiên liệu tái tạo phục vụ giao thông ở Mỹ mỗi năm phải đạt tới 36 tỷ gallon (1gallon=3,785 lít). EPA xác định cuối năm 2011 phần nhiên liệu sinh học từ chất xơ (cellulose) phải đạt tới 6,6 triệu, phần diesel sinh học phải đạt 800 triệu gallon, phần nhiên liệu có thể tái sinh phải đạt 13,95 tỷ gallon. Hiện nay xăng E15 (15% ethanol) được coi là sử dụng an toàn cho ô tô ở Mỹ. Liên minh Châu Âu (EU) quyết định giảm thiểu phát tán khí nhà kính và giảm nhu cầu nhập khẩu xăng dầu bằng cách thực hiện mục tiêu thay thế 10% nhiên liệu dùng trong vận tải bằng các nhiên liệu tái tạo. Có 14 quốc gia trong EU thỏa thuận hợp tác nghiên cứu và triển khai sản xuất nhiên liệu sinh học. Chính phủ Đức xác định đến năm 2020 ở nước này nguồn năng lượng có thể tái sinh ít nhất cũng phải đạt 30% tỷ lệ năng lượng được sử dụng. Chính phủ Pháp huy động 1,35 tỷ Euro để hỗ trợ cho sự phát triển nhiêu liệu sinh học và các nguồn năng lượng tái sinh. Phần Lan quyết định trong 10 năm tới, mỗi năm huy động 327 triệu euro để dành cho các nguồn năng lượng tái sinh [18]. 5
  15. Đồ án tốt nghiệp 1.2.2. Tình hình ở Việt Nam Việt Nam có nhiều tiềm năng về nhiên liệu sinh học có thể làm nhiên liệu thay thế cho xăng dầu có nguồn gốc dầu mỏ. Nhiều loại cây như sắn, ngô, mía... có thể sản xuất ethanol sinh học mà ở Việt Nam lại có nhiều vùng đất rất thích hợp với các loại cây trồng này. Sản lượng sắn cả nước năm 2007 là hơn 7 triệu tấn, mía đường hơn 14 triệu tấn và ngô gần 4 triệu tấn. Với sản lượng này có thể đáp ứng được cho nhu cầu sản xuất ethanol sinh học ở quy mô vừa và nhỏ. Ước tính Việt Nam có thể sản xuất 5 triệu lít ethanol sinh học mỗi năm nếu như có sự điều chỉnh về sản lượng và diện tích cây trồng. Tuy nhiên tiềm năng về nhiên liệu sinh học là rất lớn, song đến nay các hoạt động sản xuất ethanol từ mía, tổng hợp điesel từ dầu cây công nghiệp hoặc từ mỡ động vật chỉ dừng ở quy mô phòng thí nghiệm [17]. Theo Đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, Việt Nam sẽ sản xuất 150.000 tấn nhiên liệu sinh học, đáp ứng 0,1% nhu cầu xăng dầu của cả nước và tới năm 2025 sẽ nâng lên 5%. Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam đã giao Tổng công ty Dầu Việt Nam nghiên cứu pha chế ethanol với xăng M92 hoặc tương đương M92 có tỷ lệ 5% ethanol với tên gọi thành phẩm là xăng sinh học E5. Xăng sinh học E5 do PV Oil pha chế chính thức có mặt trên thị trường từ ngày 1-8-2010 và được người tiêu dùng ủng hộ và tin dùng. 1.2.3. Triển vọng ethanol tương lai Cần có những nghiên cứu để tăng hiệu quả của ethanol sinh học thành nhiên liệu bền vững để thay thế xăng dầu. Điều này có liên quan đến việc giảm chi phí , tăng năng suất và tăng sự đa dạng của các nguồn nguyên liệu có thể sử dụng. Hướng đi cho những nghiên cứu để phát triển và cải tiến tạo ethanol sinh học là tìm những phương pháp chuyển hóa hemicellulose thành đường để lên men. Những phương pháp hiện nay có thể đạt được hiệu suất 50 – 72% ethanol cho mỗi gam glucose, giới hạn bởi khả năng chịu ảnh hưởng của nấm men đối với ethanol. Điều này dẫn đến hướng khả thi nghiên cứu những chủng nấm men có khả năng chịu ức chế tốt hơn. Ở khía cạnh này, công nghệ sinh học và vi sinh sẽ đóng vai trò rất quan 6
  16. Đồ án tốt nghiệp trọng trong công nghệ gene, không chỉ ở việc phát triển nấm men, mà còn ở việc phát triển những giống vi sinh vật khác có khả năng chuyển hóa cellulose và lignin tạo thành đường và lên men ethanol [17]. 1.3. Các nguồn nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học 1.3.1. Nguyên liệu chứa tinh bột Tinh bột là một polysacarit carbohydrates chứa hỗn hợp amylose và amylopectin, tỷ lệ phần trăm amylose và amylopectin thay đổi tùy thuộc vào từng loại tinh bột, tỷ lệ này thường từ 20%/80% đến 30%/70%. Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất vật lí và thành phần hóa học khác nhau. Chúng đều là các polymer carbohydrat phức tạp của glucose (công thức phân tử là C6H12O6). Môt số nguyên liệu chứa hàm lượng tinh bột cao: Bảng 1.1 Một số nguyên liệu chứa tinh bột cao 1.3.2. Nguyên liệu chứa đường- mật rỉ Mật rỉ hay rỉ đường là thứ phẩm của công nghệ sản xuất đường thường chiếm tử 3% đến 5% so với lượng mía đưa vào sản xuất. Tỷ lệ phụ thuộc vào chất lượng mía và công nghệ sản xuất. Bình thường lượng chất khô trong mật rỉ chiếm 80% đến 85%, nước chiếm 15% đến 20%. Trong số chất khô thì đường chiếm tới 60%, gồm 35% đến 40% là sacharoza và 20% đến 25% là đường khử. Số chất khô còn lại gọi chung là chất phi đường và gồm 30% đến 32% là hợp chất hữu cơ và 8% đến 10% là chất vô cơ. 1.3.3. Nguyên liệu chứa lignocellulose Thành phần chính của vật liệu lingocellulose là: cellulose, hemicelluloses, lignin. 7
  17. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1. Cấu trúc lignocellulose Hình 1.2 Mối quan hệ cellulose – hemicellulose trong cấu trúc lignocellulose Về cơ bản trong lignocellulose, cellulose tạo thành khung chính và được bao bọc bởi những chất có chức năng tạo mạng lưới như hemicellulose và kết dính như lignin. Cellulose, hemicellulose và lignin sắp xếp gần nhau và liên kết cộng hóa trị với nhau. Các đường nằm ở mạch nhánh như arabinose, galactose và acid 4-O-methylglucuronic là các nhóm thường liên kết với lignin [9]. Các mạch cellulose tạo thành các sợi cơ bản, các sợi này được gắn lại với nhau nhờ hemicelluloses tạo thành cấu trúc vi sợi, với chiều rộng khoảng 25nm. Các vi sợi 8
  18. Đồ án tốt nghiệp này được bao bọc bởi hemicellulose và lignin, giúp bảo vệ cellulose khỏi sự tác động của enzyme cũng như các hóa chất trong quá trình thủy phân [9]. 1.3.3.1. Cellulose Cellulose là chất màu trắng, không mùi, không vị, không tan trong nước ngay cả khi đun nóng và các dung môi hữu cơ thông thường, tan trong một số dung dịch acid vô cơ mạnh như: HCl, HNO3… một số dung dịch muối: ZnCl2, PbCl2… Cellulose là một polymer mạch thẳng của D-glucose được liên kết với nhau bằng liên kết β 1-4 glucosid. Các nhóm OH ở hai đầu mạch có tính chất hoàn toàn khác nhau, cấu trúc hemiacetal tại C1 có tính khử,trong khi đó nhóm OH tại C4 có tính chất của rượu[6]. Hình 1.3. Công thức hóa học cellulose Các mạch cellulose được liên kết với nhau nhờ liên kết hydro và liên kết Van Der Waals, hình thành hai vùng cấu trúc chính là vùng kết tinh và vùng vô định hình. Trong vùng kết tinh, các phân tử cellulose liên kết chặt chẽ với nhau, vùng này khó bị tác động bởi enzyme cũng như hóa chất. Ngược lại trong vùng vô định hình, cellulose liên kết không chặt với nhau nên dễ bị tác động. Có hai kiểu cấu trúc của cellulose đã được đưa ra nhằm mô tả vùng kết tinh và vô định hình [9,3]. 9
  19. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.4. Kiểu Fringed fibrillar và kiểu Folding chain - Kiểu Fringed Fibrillar: phân tử cellulose được kéo thẳng và định hướng theo chiều sợi, vùng tinh thể xếp xen kẽ với vùng vô định hình. - Kiểu Folding chain: phân tử cellulose gấp khúc theo chiều sợi, mỗi đơn vị lặp lại có độ trùng hợp khoảng 1000. Các đơn vị đó được sắp xếp thành chuỗi nhờ vào các mạch glucose nhỏ, các vị trí này rất dễ bị thủy phân. Đối với các đơn vị lặp lại hai đầu là vùng vô định hình, càng vào giữa tính chất kết tinh càng cao, vùng vô định hình sẽ dễ bị tác động bởi các tác nhân thủy phân hơn vùng tinh thể vì sự thay đổi góc liên kết của các liên kết cộng hóa trị (β-glucosid) sẽ làm giảm độ bền nhiệt động của liên kết đồng thời vị trí này không tạo được liên kết hydro [2]. 1.3.3.2. Hemicellulose Hemicellulose là một loại polymer phức tạp và phân nhánh, độ trùng hợp khoảng 70 đến 200 đơn phân, hemicellulose chứa cả đường 6 carbon gồm glucose, mannose, galactose và đường 5 gồm xylose, 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 gồm: - Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β -(14). - Xylose là thành phần quan trọng nhất. - Nhóm thế phổ biến nhất là nhóm acetyl O – liên kết với vị trí 2 hoặc 3. 10
  20. Đồ án tốt nghiệp - 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 [9]. 1.3.3.3. 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 được cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị cấu trúc điển hình là: guaiacyl(G), chất gốc là rượu trans-coniferyl; syringyl(S), chất gốc là rượu trans-sinapyl; p-hydroxylphenyl(H), chất gốc là rượu trans-p-courmary [10]. Hình 1.5. Cấu trúc của lignin 1.4. Sơ lược về nguồn nguyên liệu rau quả 1.4.1. Tình hình sản xuất rau củ quả tại Việt Nam Trong thời gian qua, diện tích trồng rau quả của Việt Nam phát triển nhanh chóng và ngày càng có tính chuyên canh cao. Tính đến năm 2004, tổng diện tích trồng rau, đậu trên cả nước đạt trên 600 nghìn ha, gấp hơn 3 lần so với năm 1991. Đồng bằng sông Hồng là vùng sản xuất lớn nhất, chiếm khoảng 29% sản lượng rau toàn quốc. Đồng bằng sông Cửu Long là vùng trồng rau lớn thứ hai của cả nước chiếm 23% sản lượng rau của cả nước. Tây Nguyên là vùng sản xuất rau lớn thứ ba cho nhu cầu tiêu thụ thị trường thành phố Hồ Chí Minh và cho xuất khẩu [18]. 11
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2418 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2