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

Đồ án tốt nghiệp: Tận dụng bã chưng cất hỗn hợp lên men rơm rạ thành bioethanol làm nguồn dinh dưỡng thay thế bột ngô chuyên dụng trong quá trình sản xuất bioethanol theo công nghệ thủy phân và lên men đồng thời

Chia sẻ: Trương Yến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:78

Thêm vào BST
Báo xấu
55
lượt xem 15
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp này được thực hiện với mục tiêu nhằm nghiên cứu các thành phần dinh dưỡng (Nitơ, protein) trong bã lên men, CSL; nghiên cứu thành phần rơm rạ trước và sau quá trình thủy phân và lên men đồng thời (SSF); khảo sát quá trình thủy phân và lên men đồng thời ethanol từ rơm rạ sử dụng các nguồn dinh dưỡng khác nhau (CSL, bã rắn, bã lỏng). 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: Tận dụng bã chưng cất hỗn hợp lên men rơm rạ thành bioethanol làm nguồn dinh dưỡng thay thế bột ngô chuyên dụng trong quá trình sản xuất bioethanol theo công nghệ thủy phân và lên men đồng thời

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TẬN DỤNG BÃ CHƯNG CẤT HỐN HỢP LÊN MEN RƠM RẠ THÀNH BIOETHANOL LÀM NGUỒN DINH DƯỠNG THAY THẾ BỘT NGÔ CHUYÊN DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT BIOETHANOL THEO CÔNG NGHỆ THỦY PHÂN VÀ LÊN MEN ĐỒNG THỜI Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướng dẫn : T.S NGUYỄN ĐÌNH QUÂN Sinh viên thực hiện : THÁI THỊ THÙY TRANG MSSV: 1051110165 Lớp: 10DSH02 TP. Hồ Chí Minh, 2014
  2. Đồ án tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ Giáo viên hướng dẫn là TS. Nguyễn Đình Quân. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi trong phần tài liệu tham khảo. Ngoài ra, đề tài còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả, cơ quan tổ chức khác, và cũng được thể hiện trong phần tài liệu tham khảo. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, cũng như kết quả luận văn của mình. Thái Thị Thùy Trang
  3. Đồ án tốt nghiệp LỜI CÁM ƠN Trong suốt bốn năm học tập và rèn luyện tại trường, luận văn tốt ngiệp là sản phẩm đúc kết lại quá trình nghiên cứu và thực hành của sinh viên. Chính vì vậy những kiến thức mà em đã tiếp thu được là nền tảng vững chắc giúp em hoàn thành luận văn này. Em xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Công nghệ sinh học - Thực phẩm - Môi trường, bộ môn Công nghệ sinh học trường đại học Công Nghệ T.p Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ em trong thời gian qua. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy TS. Nguyễn Đình Quân là người đã đưa em tới hướng nghiên cứu, đồng thời giúp đỡ về kiến thức cũng như tạo điều kiện để em hoàn thành tốt luận văn này. Em cũng xin cảm ơn chị Trần Phước Nhật Uyên, chị Vũ Lê Vân Khánh, anh Phạm Đình Đông đã nhiệt tình giúp đỡ em Em cũng xin cảm ơn gia đình và bạn bè luôn là chỗ dựa vững chắc trong học tập và là nguồn động lực rất lớn để em phấn đấu. Vì thời gian có hạn, kinh nghiệm lẫn kiến thức chuyên môn còn thiếu và do điều kiện khách quan nên trong quá trình làm luận văn còn nhiều thiếu sót. Vì vậy em kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của Thầy cô cùng các bạn để em có thế khắc phục những sai sót nhằm hoàn thiện hơn bài luận văn tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn và gởi lời chúc thành công đến tất cả mọi người. Thái Thị Thùy Trang
  4. Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................1 MỞ ĐẦU ....................................................................................................................2 Đặt vấn đề ................................................................................................................2 Lý do chọn đề tài và nhiệm vụ của luận văn ...........................................................3 Lý do chọn đề tài: .................................................................................................3 Nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn ......................................................................4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU..................................................................5 1.1. Nguyên liệu lignocellulose ...............................................................................5 1.2. Enzyme cellulase ..............................................................................................7 1.3. Nấm men Saccharomyces cerevisiae ................................................................9 1.3.1. Hình thái và cấu tạo nấm men ..................................................................10 1.3.2. Sinh trưởng của nấm men.........................................................................11 1.4. Quá trình sản xuất ethanol từ rơm rạ ..............................................................13 1.4.1. Quy trình chung ........................................................................................13 1.4.2. Quy trình thực hiện..................................................................................13 1.4.2.1. Tiền xử lý: ..........................................................................................13 1.4.2.2. Thủy phân: ........................................................................................16 1.4.2.3. Lên men ..............................................................................................18 2.4.2.4. Chưng cất:.........................................................................................22 1.5. Đối tượng của luận văn ...................................................................................23 1.5.1. Đặt vấn đề ................................................................................................23 1.5.2. Bã lên men (SSF Residue) [15] ................................................................24 1.5.3. Corn steep liquor (CSL) ...........................................................................25 1.6. Các kỹ thuật chìa khóa cho quá trình lên men. ...............................................26 1.6.1. Thủy phân và lên men đồng thời (SSF).[20] ............................................26 1.6.2. Nhập liệu nhiều lần theo đợt. ..................................................................26 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM ............28 2.1. Chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình thí nghiệm.............................................29 i
  5. Đồ án tốt nghiệp 2.1.1. Rơm rạ ......................................................................................................29 Hình 2.4. Máy cắt tinh ...................................................................................29 2.1.2. Nguồn dinh dưỡng bã lên men .................................................................31 2.1.3. Hoá chất sử dụng ......................................................................................32 4.1.3.1. Enzyme cellulase:...............................................................................33 4.1.3.2. Nấm men Saccharomyces cerevisiae .................................................33 2.1.3.3. Corn steep liquor (CSL): ...................................................................34 2.2. Tiến hành thí nghiệm ......................................................................................34 2.2.1. Định lượng Nitơ tổng bằng phân tích C H N.[21] ...................................34 2.2.2. Phân tích thành phần sơ sợi. .....................................................................36 2.2.2.1. Hóa chất và dụng cụ sử dụng: ...........................................................36 2.2.2.2. Cách tiến hành: ..................................................................................36 2.2.3. Phân tích hàm lượng Nitơ hòa tan bằng phương pháp Sorensen. ............38 2.2.4. Thủy phân và lên men đồng thời. .............................................................39 2.2.5.1. Nhân giống nấm men Saccharomyces cerevisiae ..............................40 2.2.5.1.1. Nhân giống men sử dụng bã SSF làm nguồn dinh dưỡng: .........40 2.2.5.1.2. Sử dụng dịch nước SSF làm môi trường và nguồn dinh dưỡng cho quá trình nhân giống men: ..........................................................................42 2.2.5.1.3. Nhân giống men sử dụng CSL làm nguồn dinh dưỡng: ..............42 2.2.5.2. Thủy phân và lên men đồng thời. .......................................................42 2.2.5.2.1. Sử dụng bã SSF làm nguồn dinh dưỡng bổ sung cho quá trình SSF:..............................................................................................................45 2.2.5.2.2. Sử dụng dịch nước SSF làm môi trường và nguồn dinh dưỡng cho quá trình SFF: .............................................................................................46 2.2.5.2.3. Sử dụng CSL làm nguồn dinh dưỡng bổ sung cho quá trình SSF: .....................................................................................................................46 2.2.5.2.4. Quá trình SSF không sử dụng dinh dưỡng bổ sung: ...................46 2.2.5.3. Quá trình SSF ở quy mô mini-pilot:...................................................47 ii
  6. Đồ án tốt nghiệp 2.2.5.3.1. Sử dụng bã SSF làm nguồn dinh dưỡng bổ sung cho quá trình SSF:..............................................................................................................47 2.2.5.3.2. Sử dụng dịch nước SSF làm môi trường và nguồn dinh dưỡng cho quá trình SSF: ..............................................................................................48 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................50 3.1. Kết quả phân tích thành phần của rơm. ..........................................................50 3.1.1. Thành phần rơm khô trước nổ hơi............................................................50 3.1.2. Thành phần rơm rạ sau nổ hơi. .................................................................51 3.1.3. Thành phần rơm rạ sau tiền xử lý. ............................................................52 3.2. Kết quả phân tích xơ sợi các nguồn dinh dưỡng. ...........................................53 3.3. Kết quả phân tích đạm các nguồn dinh dưỡng. ..............................................54 3.3.1. Kết quả phân tích mẫu bằng máy phân tích nguyên tố CHN ...................54 3.3.2. Kết quả phân tích bằng phương pháp chuẩn độ formol (Sorensen) .........55 3.4. Kết quả nhân giống men: ................................................................................56 3.5. Kết quả thủy phân và lên men đồng thời: .......................................................57 3.6. Kết quả SFF ở thiết bị mini-pilot: ...................................................................59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................61 Kết luận ..................................................................................................................61 Kết luận về thành phần rơm rạ trước và sau tiền xử lý. .....................................61 Kết luận về kết quả phân tích thành phần dinh dưỡng có trong nguồn dinh dưỡng. .................................................................................................................61 Kết luận về kết quả thủy phân và lên men đồng thời. ........................................61 Kiến nghị................................................................................................................62 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................63 PHỤ LỤC ...................................................................................................................1 iii
  7. Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học của rơm rạ ..................................................................6 Bảng 1.2. Tỉ lệ các thành phần trong rơm rạ ..............................................................6 Bảng 1.3. Thành phần các chất có trong cấu trúc của nấm men được lạnh đông khô. ...................................................................................................................................10 Bảng 1.4. Các thành phần hóa học trong nấm men đông khô[9] .............................10 Bảng 1.5. Kết quả phân tích hàm lượng nitơ trong bã lên men bằng thực nghiệm: 24 Bảng 1.6. Thành phần của CSL (%KL)[16 ] ............................................................25 Bảng 4.1 : Hóa chất sử dụng trong quá trình thực hiện thí nghiệm. ........................32 Bảng 2.2 Kết quả thí nghiệm trong bã SSF ..............................................................39 Bảng 2.3. Kết quả thí nghiệm trong CSL .................................................................39 Bảng 2.4. Tỉ lê thành phần cơ chất cho 1 lần lên men. .............................................44 Bảng 2.5. Thành phần cho quá trình SSF .................................................................45 Bảng 2.6. Thành phần cho quá trình SSF .................................................................46 Bảng 2.7. Thành phần cho quá trình SSF .................................................................46 Bảng 2.8. Thành phần cho quá trình SSF .................................................................46 Bảng 2.9. thành phần cho quá trình SFF ..................................................................47 Bảng 2.10. Khối lượng rơm nhập liệu ......................................................................48 Bảng 2.11. Khối lượng rơm nhập liệu ......................................................................48 Bảng 2.12. Khối lượng rơm nhập liệu ......................................................................49 Bảng 3.1. Thành phần xơ sợi của rơm rạ theo Hồ Tráng Sỹ [26] ............................50 Bảng 3.2. Thành phần xơ sợi có trong các nguồn dinh dưỡng. ................................53 Bảng 3.3. Kết quả phân tích nitơ tổng. .....................................................................54 Bảng 5.4. Kết quả phân tích hàm lượng acid amin. .................................................55 iv
  8. Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 1.1. Cấu trúc của lignocellulose ........................................................................5 Hình 1.2. Cấu trúc của tế bào và thành tế bào của thảo mộc. ....................................7 Hình 1.3 . Sơ đồ các bước thủy phân cellulose bởi enzyme cellulase .......................9 Hình 1.4. Nấm men Sacchromyces cerevisiae dưới dạng bột khô. .........................10 Hình 1.5. Cấu trúc rơm rạ sau tiền xử lý. .................................................................14 Hình 1.6. Quy trình sản xuất ethanol từ rơm rạ của hệ thống Pilot ........................23 Hình 1.7. Bột ngô (CSL) .........................................................................................25 Hình 2.1. Rơm thô ...................................................................................................29 Hình 2.2. Rơm sau tiền xử lý....................................................................................29 Hình 2.3. Máy cắt thô ..............................................................................................29 Hình 2.4. Máy cắt tinh .............................................................................................29 Hình 2.5. Thiết bị nổ hơi ..........................................................................................30 Hình 2.6. Rơm sau nổ hơi .........................................................................................30 Hình 2.7. Rơm được ngâm kiềm ..............................................................................30 Hình 2.8. Thiết bị lọc ép ...........................................................................................30 Hình 2.9 . Rơm rạ sau tiền xử lý ..............................................................................31 Hình 2.10. Bã rắn sau khi sấy ..................................................................................32 Hình 2.11. Bã rắn sau khi nghiền .............................................................................32 Hình 2.12. Enzyme Cellulase ...................................................................................33 Hình 2.13. Nấm men Saccharomyces cerevisiae ....................................................33 Hình 2.14. Corn steep liquor (CSL) ........................................................................34 Hình 2.15. Viên nang................................................................................................35 Hình 2.16. Cân điện tử .............................................................................................35 Hình 2.17. Cân điện tử hình ....................................................................................35 Hình 2.18. Máy phân tích C H N ...........................................................................35 Hình 2.19. Dịch kích hoạt men giống ......................................................................41 Hình 2.20. Thiết bị tiệt trùng ....................................................................................41 v
  9. Đồ án tốt nghiệp .........................................................................41 ...................................................................................................................................41 Hình 2.21. Tủ lắc ......................................................................................................41 Hình 2.22. Máy quang phổ kế ..................................................................................41 Hình 2.23. Thiết bị ly tâm. .......................................................................................42 Hình 4.24. Máy đo độ ẩm .........................................................................................43 Hình 2.25. Các erlen chứa rơm trước khi tiệt trùng .................................................44 Hình 2.26. Bình thủy phân và lên men đồng thời ....................................................45 Hình 2.27. Lấy mẫu sau mỗi lần nhập liệu ...............................................................48 Hình 3.1. Thành phần xơ sợi của rơm khô ..............................................................50 Hình 5.2. Thành phần xơ sợi của rơm sau nổ hơi. ...................................................51 Hình 3.3. Thành phần rơm sau tiền xử lý. ................................................................52 Hình 3.4. Sự phát triển của con men trong quá trình nhân giống:(1) 0,1% bã SSF; (2) 200ml dịch nước SSF; (3) 0,1% CSL. .................................................................56 Hình 3.5. Nồng độ ethanol trong quá trình SSF theo thời gian:(1) 8% rơm+ 0,15% bã SSF; (2) 8% rơm + dịch nước SSF; (3) 8% rơm + 0,1% CSL; (4) 8% rơm ........57 Hình 3.6. Hiệu suất của quá trình SSF theo thời gian:(1) 8% rơm+ 0,15% bã SSF; (2) 8% rơm + dịch nước SSF; (3) 8% rơm + 0,1% CSL; (4) 8% rơm ......................58 Hình 3.7. Nồng độ ethanol trong quá trình SSF theo thời gian:(1) 16% rơm+ 0,15% bã SSF; (2) 16% rơm + dịch nước SSF. ........................................................59 vi
  10. Đồ án tốt nghiệp Hình 3.8. Hiệu suất của quá trình SSF theo thời gian:(1) 16% rơm+ 0,15% bã SSF; (2) 16% rơm + dịch nước SSF ..................................................................................60 vii
  11. Đồ án tốt nghiệp TÓM TẮT LUẬN VĂN Hiện nay nguồn nguyên liệu dầu mỏ đang cạn kiệt, cùng với việc giá thành tăng cao và ô nhiễm môi trường đang là thách thức lớn trong việc sử dụng nhiên liệu trong tương lai. Trong bối cảnh đó, ethanol được đánh giá là nguồn cung cấp nhiên liệu tốt vì con người có khả năng sản xuất với sản lượng lớn, không gây ô nhiễm môi trường và có thể thay thế được hoàn toàn cho xăng. Ethanol hoàn toàn có thể sản suất được từ nguồn cellulose thực vật như rơm rạ. Rơm rạ chiếm tỉ lệ lớn trong phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam. Với thành phần chứa hơn 40% cellulose, rơm rạ là nguồn nguyên liệu thích hợp cho quá trình sản xuất ethanol. Trong quá trình lên men ethanol từ rơm rạ, nấm men cần nguồn dinh dưỡng bổ sung để sinh sản và sinh trưởng tốt. Nguồn dinh dưỡng đang sử dụng hiện nay là bột ngô chuyên dụng (CSL) cho kết quả rất tốt. Nhưng sau quá trình lên men, lượng bã thải thường được thải bỏ hoặc sử dụng làm phân bón cho cây trồng. Luận văn này nghiên cứu khả năng sử dụng bã thải của quá trình lên men và thủy phân đồng thời để thay thế cho CSL làm nguồn dinh dưỡng bổ sung trong quá trình lên men rơm rạ thành ethanol. Bã lên men sau khi lấy từ quá trình chưng cất được để lắng chia làm 2 phần bã rắn và bã lỏng. Bã rắn sấy để giảm độ ẩm xuống dưới 10%, nghiền mịn và tiến hành phân tích hàm lượng dinh dưỡng (Nitơ, protein). Sau đó tiến hành thủy phân và lên men đồng thời rơm sử dụng nguồn dinh dưỡng là bã rắn, bã lỏng rồi so sánh với kết quả khi sử dụng nguồn dinh dưỡng là CSL. Hàm lượng nitơ tổng trong bã lên men là 3,97 % (CSL là 8,42%), hàm lương nitơ amin tự do là 2,42 g/l (CSL là 3,64 g/l). Kết quả thủy phân và lên men đồng thời cho thấy rằng, bã lên men hoàn toàn có thể thay thế CSL làm nguồn dinh dưỡng cho nấm men sinh trưởng và phát triển. - 1
  12. Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Rơm rạ là một trong những nguồn nguyên liệu dồi dào lignocellulose nhất trên thế giới. Về tổng sản lượng, lúa là cây trồng quan trọng thứ ba sau lúa mì và ngô. Theo thống kê của FAO sản xuất lúa gạo trung bình thế giới năm 2007 khoảng 650 triệu tấn. Thu hoạch 1kg hạt lúa thu được tương ứng 1 - 1,5 kg rơm (Maiorella, 1985). Ước tính 650 - 975 triệu tấn rơm rạ được sản xuất mỗi năm trên toàn thế giới và phần lớn chúng được dùng làm thức ăn cho gia súc và phần còn lại là lãng phí. Nước ta là một nước nông nghiệp với sản lượng gạo hằng năm trên 35 triệu tấn. Đồng bằng Sông hồng, khu vực trung du và đồng bằng Sông cửu long là 3 khu vực sản xuất lúa gạo chính của nước ta. Từ đó có thể thấy sản lượng rơm rạ trên cả nước hằng năm là rất lớn và tập trung. Việc giá dầu mỏ tăng lên từng ngày cùng với tình trạng ô nhiễm môi trường đang dần trở thành một thách thức lớn cho việc sử dụng nhiên liệu trong tương lai. Nguồn rơm rạ dồi dào nhưng những ứng dụng lại hạn chế. Sự lãng phí nguồn năng lượng cùng với ô nhiễm môi trường do việc sử dụng rơm rạ không đúng cách như hiện nay đang dần trở thành mối quan tâm của nhiều nhà khoa học và quản lý. Ethanol được đánh giá là nguồn cung cấp nhiên liệu tốt cho tương lai vì con người có khả năng sản xuất với sản lượng lớn, không gây ô nhiễm môi trường và có thể thay thế được hoàn toàn cho xăng. Ethanol hoàn toàn có thể sản suất được từ nguồn cellulose thực vật như rơm rạ. Theo đánh giá sơ bộ, lượng rơm rạ hằng năm trên cả nước nếu được chuyển thành ethanol hoàn toàn có khả năng thay thế toàn bộ nhu cầu xăng dầu cả nước như hiện nay. Để quá trình lên men đạt hiệu suất cao, vi sinh vật cần được nuôi cấy và được cung cấp nguồn dinh dưỡng thích hợp cho việc sinh sản. Tuy nhiên, các nguyên liệu biomass nguồn gốc lignocelluloses thường không có đủ hàm lượng nitơ cần thiết cho quá trình tạo protein trong chuỗi sinh sản của vi sinh vật (nấm men). Vì vậy, cần phải có một nguồn bổ sung từ bên ngoài. 2
  13. Đồ án tốt nghiệp Nguồn dinh dưỡng đang sử dụng hiện nay tại pilot trường đại học Bách Khoa T.p Hồ Chí Minh là bột ngô chuyên dụng (CSL), đây là nguyên liệu không phải lúc nào cũng có sẵn tại địa phương, và có giá trị cao trong công nghệ vi sinh. Trong khi đó bã thải quá trình SSF chứa rất nhiều xác nấm men, và các hợp chất carbohydrate nhưng hiện nay chỉ mới được cân nhắc sử dụng làm phân bón hoặc đổ thải ra môi trường. Nếu chúng ta có thể thay CSL bằng bã thải SSF thì quá trình sản xuất bioethanol từ rơm rạ sẽ càng bền vững hơn vì bớt phụ thuộc vào nguyên liệu bên ngoài, giảm lượng bã thải, nâng cao hiệu quả sản xuất qua việc tận dụng những thành phần có trong bã thải SSF. Trên cơ sở đó, mục tiêu luận văn là nghiên cứu khả năng sử dụng bã thải lên men để thay thế cho CSL làm nguồn dinh dưỡng bổ sung trong quá trình lên men rơm rạ thành ethanol. Lý do chọn đề tài và nhiệm vụ của luận văn Lý do chọn đề tài: Trong những nghiên cứu trước, quá trình lên men sản xuất cồn từ rơm rạ sử dụng nguồn dinh dưỡng là bột ngô chuyên dụng ( tên gọi thương mại là CSL - Corn steep liquor). Nguồn dinh dưỡng này mang lại hiệu quả khá tốt, tuy nhiên, do nhập khẩu từ Pháp và giá thành khá đắt đỏ, hơn nữa lượng bã thải sau chưng cất thường chỉ được sử dụng làm phân bón hoặc thải ra ngoài môi trường gây lãng phí. Sau khi chưng cất thì xem như hỗn hợp đã được tiệt trùng, việc dùng nó làm nguồn dinh dưỡng sẽ giảm thiểu được việc xử lý có nghĩa là sẽ sử dụng trực tiếp nguồn dinh dưỡng này. Bên cạnh đó trong bã thải còn có thành phần cellulose chưa lên men và xác con yeast, khi sử dụng sẽ tận dụng nguồn cellulose, còn xác con yeast sẽ là nguồn dinh dưỡng bổ sung cho con men trong các mẽ lên men sau. Việc tận dụng bã sau lên men này sẽ tận thu được lượng ethanol còn trong bã, hơn nữa sẽ giảm thiểu được khối lượng và thể tích chất thải ra môi trường. Tuy nhiên bã thải có hai phần bã rắn và bã lỏng, nên luận văn sẽ nghiên cứu việc sử dụng bã lỏng để thay thế cho nguồn dinh dưỡng và nước mất, bên cạnh đó sẽ nghiên cứu việc sữ dụng bã thải rắn làm nguồn dinh dưỡng thay thế CSL trong 3
  14. Đồ án tốt nghiệp quá trình thủy phân và lên men đồng thời. Nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn Nghiên cứu các thành phần dinh dưỡng (Nitơ, protein) trong bã lên men, CSL. Nghiên cứu thành phần rơm rạ trước và sau quá trình thủy phân và lên men đồng thời (SSF). Khảo sát quá trình thủy phân và lên men đồng thời ethanol từ rơm rạ sử dụng các nguồn dinh dưỡng khác nhau (CSL, bã rắn, bã lỏng). Nghiên cứu vai trò của bã rắn, bã lỏng (bã lên men) làm nguồn dinh dưỡng thay thế bột ngô chuyên dụng trong quá trình thủy phân và lên men đồng thời. 4
  15. Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Nguyên liệu lignocellulose Lignocellulose là vật liệu biomass phổ biến nhất trên trái đất. Lignocellulose có trong phế phẩm nông nghiệp, trong sản phẩm phụ công của công nghiệp sản xuất giấy… Do đó lignocellulose là một nguồn nguyên liệu to lớn cho việc sản xuất bioethanol. Rơm rạ là một dạng vật liệu lignocellulose. Thành phần chính của vật liệu lignocellulose là cellulose, hemicellulose, lignin, các chất trích ly và tro. 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 tạo thành 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 [4] Hình 1.1. Cấu trúc của lignocellulose Đối với các loại thực vật dạng thân gỗ thường chứa khoảng 40% - 60% cellulose, 20% - 40% hemicellulose và 10% - 25% lignin. Tuy nhiên đối với thực vật dạng thảo mộc hàm lượng lignin thường thấp hơn 20%. Thành phần trong rơm rạ được nghiên cứu và trình bày bởi nhiều tác giả [5]. Ở mỗi điều kiện phát triển và giống khác nhau thì thành phần trong rơm rạ cũng khác nhau. Nhìn chung thành phần rơm rạ được trình bày bởi một số tác giả như sau: 5
  16. Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.1 Thành phần hóa học của rơm rạ Tên Thành phân Hemicellulose 27.7% Cellulose 39.7% Xylan 20.7% Glucan 37.6% Lignin 12.7% Tro 11.7% Theo báo cáo của phòng thí nghiệm năng lượng sinh học – Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, thành phần rơm rạ sau khi nổ hơi ở vùng Củ Chi là: Bảng 1.2. Tỉ lệ các thành phần trong rơm rạ Thành phần cellulose Hemicellulose Lignin Tro Hàm lượng (%) 43.05 23.82 18 15.3 lượng Bên cạnh thành phần hóa học, tính chất các thành phần trong rơm rạ và cấu trúc tế bào thực vật cũng quan trọng không kém trong việc nghiên cứu xử lý rơm rạ. Cũng giống như động vật, cơ thể thực vật cũng được xây dựng từ các tế bào. Do không được bảo vệ bằng cơ chế phản xạ và miễn dịch, tế bào thực vật được bảo vệ kỹ trong lớp vỏ rắn chắc. Về cấu trúc, các tế bào thực vật được sắp xếp đặc khít và liên kết với nhau rất bền vững. Rắn chắc là yếu tố tạo nên sự bền vững của thực vật trong tự nhiên. Khi tế bào thực vật chết đi, khối lượng khô của tế bào chủ yếu tập trung ở thành tế bào. Các sợi này được gắn lại với nhau nhờ hemicellulose tạo thành cấu trúc vi sợi, với Trong lignocelluloses các mạch cellulose tạo thành các sợi cơ bản. Các vi sợi này được bao bọc bởi hemicellulose và lignin, giúp bảo vệ cellulose khỏi sự tấn công của ezyme cũng như các hóa chất trong quá trình thủy phân. [6] 6
  17. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.2. Cấu trúc của tế bào và thành tế bào của thảo mộc. 1.2. Enzyme cellulase Enzyme cellulase có bản chất là protein được cấu tạo từ các đơn vị là axit amin, các axit amin được nối với nhau bởi lien kết peptid –CO-NH- . Ngoài ra, trong cấu trúc còn có những phần phụ khác. Cấu trúc hoàn chỉnh của các loại enzyme nhóm endoglucanase (EG) và exoglucanase (CBH) giống nhau trong hệ cellulase của nấm sợi, gồm một trung tâm xúc tác và một đuôi tận cùng, phần đuôi này xuất phát từ trung tâm xác tác và được gắn them vùng glycosil hóa, cuối đuôi là vùng gắn kết với cellulose (CBD: cellulose binding domain). Vùng này có vai trò tạo liên kết với cellulose tinh thể. Trong quá trình phân hủy cellulose có sự tương quan mạnh giữa khả năng xúc tác phân giải cellulose của các enzyme và ái lực của enzyme này đối với cellulose. [7] Cellulase hoạt động ở pH từ 3-7, nhưng pH tối thích trong khoảng 4-5. Nhiệt độ tối ưu từ 40-500 C. Hoạt tính cellulase bị phá hủy hoàn toàn ở 800C trong 10-15 phút. Enzyme cellulase bị ức chế bởi các sản phẩm phản ứng của nó như glucose, cellobiose và bị ức chế hoàn toàn bởi Hg. Ngoài ra, cellulase còn bị ức chế bởi các 7
  18. Đồ án tốt nghiệp ion kim loại khác như Mn, Ag, Zn nhưng ở mức độ nhẹ. Trọng lượng của enzyme cellulase thay đổi từ 30 -110 KDa (Begunin, 1990; Gilkes và cộng sự, 1991). Enzyme cellulase được thu nhận từ các nguồn khác nhau như động vật, thực vật và vi sinh vật. Trong thực tế người ta thường thu nhận enzyme cellulase từ vi sinh vật. Các chủng vi sinh vật thường sử dụng như: nấm mốc Aspergillus niger, xạ khuẩn Actinomyces griseus, vi khuẩn Bacillus subtilis, Bacillus pumilis… Dựa vào đặc điểm của cơ chất và cơ chế phân cắt, enzyme cellulase được chia thành ba loại: 1,4- -D-glucan cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) ; 1,4- -D- glucan 4-glucanohydrolase (EC 3.2.1.4) ; -D-glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21) . Từ những nghiên cứu riêng lẽ đối với từng loại enzyme đến nghiên cứu tác động tổng hợp của cả ba loại enzyme cellulase, nhiều nhà khoa học đều đưa ra kết luận chung là các loại enzyme cellulase sẽ thay phiên nhau phân hủy cellulose để tạo thành sản phẩm cuối cùng là glucose. Theo Erikson và cộng tác viên (1980), cơ chế tác động hiệp đồng của 3 loại cellulase như sau: đầu tiên endoglucanase tác động vào vùng vô định hình trên bề mặt cellulose, cắt liên kết β-1,4-glucosid và tạo ra các đầu mạch tự do. Tiếp đó exoglucanase tấn công cắt ra từng đoạn cellobiose từ đầu mạch được tạo thành. Kết quả tác động của endoglucanase và exoglucanase tạo ra các celloligosaccharit mạch ngắn, cellobiose, glucose. β-glucosidase thủy phân tiếp và tạo thành glucose. 8
  19. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.3 . Sơ đồ các bước thủy phân cellulose bởi enzyme cellulase 1.3. Nấm men Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae thuộc: - Bộ: Endomycetales. - Họ: Saccharomycetaceae. Saccharomyces có khoảng 40 loài và các loài trong giống này được biết nhiều do chúng được ứng dụng trong làm nổi bánh, bia, rượu....Chúng hiện diện nhiều trong sản phẩm có đường, đất, trái cây chín, phấn hoa.... Nấm men cấu tạo gồm vỏ tế bào thành phần là carbohydrat, lipid, protein dầy khoảng 0,5 µm, màng tế bào chất, tế bào chất và nhân. S. cerevisiae thường có cấu tạo hình elip, đường kính lớn từ 5-10nm và đường kính nhỏ từ 1-7nm, tế bào gia tăng kích thước theo độ tuổi. Thể tích tế bào đơn bội là 29 mm3 và tế bào lưỡng bội là 55 mm3. Các tế bào của nấm men mang cấu trúc và chức năng của eukaryote bậc cao, được sử dụng như là một mô hình hữu ích đại diện cho các tế bào eukaryote. Các thành phần cấu trúc và hóa học của tế bào được được minh họa theo bảng 2.3 và bảng 2.4[8] 9
  20. Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.3. Thành phần các chất có trong cấu trúc của nấm men được lạnh đông khô. Thành phần Protein Acid Chất Độ ẩm Carbonhydrate Lipid trong cấu nucleic khoáng trúc Phần 2-5% 42-46% 30-37% 6-8% 4-5% 7-8% trăm Bảng 1.4. Các thành phần hóa học trong nấm men đông khô[9] Thành phần Cacbon Hydro Oxy Nito Phospho Magie Kali Phần trăm khối lượng 48.2 6.5 33.8 6.0 1.0 0.04 2.1 khô (%) Hình 1.4. Nấm men Sacchromyces cerevisiae dưới dạng bột khô. 1.3.1. Hình thái và cấu tạo nấm men Nấm men có nhiều hình dạng khác nhau: hình cầu, hình trứng hoặc hình ovan. Nấm men có thể thay đổi hình dáng và kích thước trong các giai đoạn phát triển và điều kiện môi trường xung quanh. Hình thái của chúng không thay đổi chỉ ở các giống nuôi cấy khi còn trẻ trong các môi trường dinh dưỡng tiêu chuẩn. Kích thước tế bào nấm men cũng rất khác nhau, điều đó phụ thuộc vào các chủng nấm men và điều kiện nuôi cấy, thường là (2,5 - 4,5µm) x (10,5 - 20µm), thể tích tế bào chiếm khoảng từ 50 - 5000µm. 10
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