KHẢ NĂNG SỬ DỤNG VI SINH VẬT LÀM TÁC NHÂN SINH HỌC SẢN XUẤT ETHANOL TỪ THÂN CÂY NGÔ

Chia sẻ: Phung Tuyet | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

134
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sản xuất nhiên liệu sinh học từ sinh khối động, thực vật đang là một hướng đi có thể tạo ra nguồn nhiên liệu thay thế phần nào nguồn nhiên liệu hoá thạch đang ngày càng cạn kiệt, đảm bảo an ninh năng lượng cho từng quốc gia. Ethanol sinh học (bio-ethanol) là một loại nhiên liệu sinh học dạng cồn, được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn, thường được sản xuất từ các loại cây nông nghiệp hàm lượng...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: KHẢ NĂNG SỬ DỤNG VI SINH VẬT LÀM TÁC NHÂN SINH HỌC SẢN XUẤT ETHANOL TỪ THÂN CÂY NGÔ

KH NĂNG S D NG VI SINH V T LÀM TÁC NHÂN SINH H C S N XU T ETHANOL T THÂN CÂY NGÔ guy n Th H ng ga1 Summary Ability to use microorganisms as biological factor produced ethanol from corn trunk The project “Ability to use microorganisms as biological factor produced ethanol from corn trunk” have conducted at Institute for Agricultural Environment, Vietnam Academy of Agricultural Sciences. The result of study showed that the maize trunk after harvesting have high hydratcacbon compounds and other mineral elements, this material can produce bio-ethanol production. To research using maize trunk after harvesting as raw materials for production of bio-ethanol using the help of microorganisms is not only promising solution for creating biomass for alternative sources, but also reducing the adverse impact on the environment. Keywords: Microorganisms, ethanol, corn trunk. 1 làm nhiên li u và cây lương th c. Chính vì I. TV N v y, th gi i ang i theo hư ng s n xu t S n xu t nhiên li u sinh h c t sinh ethanol t các nguyên li u ch a h p ch t kh i ng, th c v t ang là m t hư ng i cellulose. có th t o ra ngu n nhiên li u thay th ph n Thành ph n thân cây ngô sau thu ho ch nào ngu n nhiên li u hoá th ch ang ngày giàu h p ch t hydratcacbon và các nguyên càng c n ki t, m b o an ninh năng lư ng t khoáng khác, là nguyên li u ti m năng cho t ng qu c gia. s n xu t ethanol nhiên li u. Vi c nghiên Ethanol sinh h c (bio-ethanol) là m t c u s d ng thân cây ngô sau thu ho ch lo i nhiên li u sinh h c d ng c n, ư c s n làm nguyên li u s n xu t ethanol nhiên li u xu t ch y u b ng phương pháp lên men và có s d ng s tr giúp c a vi sinh v t ang chưng c t các lo i ngũ c c ch a tinh b t có là m t trong nh ng gi i pháp y h a h n th chuy n hóa thành ư ng ơn, thư ng thu hút ư c s quan tâm c a các nhà khoa ư c s n xu t t các lo i cây nông nghi p h c trong và ngoài nư c. hàm lư ng ư ng cao. Hi n nay, vi c s n xu t ethanol t các lo i cây nông nghi p II. V T LI U VÀ PHƯƠNG PHÁP ang gây ra s lo l ng v v n an ninh NGHIÊN C U lương th c - s c nh tranh gi a cây tr ng 1. V t li u nghiên c u 1 Vi n Môi trư ng Nông nghi p.
- Thân cây ngô sau khi ã thu ho ch 2 D ch n m men Saccharomyces ngày. cerevisiae ã l a ch n l c trong 2 ngày - Các ch ng vi sinh v t lên men ACT ư c s d ng làm tác nhân cho quá trình 01, 06, 17, 18. lên men. Th tích d ch lên men dùng cho m i công th c 1000ml. Lư ng d ch n m Trong nghiên c u có s d ng các men b sung là 10% (v/v). M i công th c phương pháp thư ng quy ư c chuNn hóa nh c l i 3 l n. trong phòng thí nghi m: i u ki n lên men: Nhi t = 30oC; 2. Phương pháp nghiên c u pH = 5,5; th i gian: 5 ngày. 2.1. Phương pháp xác nh ho t tính phân Ch tiêu theo dõi: pH, hàm lư ng gi i cellulose ư ng kh , hàm lư ng ethanol Xác nh ho t tính phân gi i cellulose 2.4. Phương pháp o hàm lư ng ethanol b ng phương pháp khu ch tán trên th ch ĩa. M u ư c o t i Vi n Công ngh sinh Nguyên t c c a phương pháp: Enzym h c và Th c phNm - i h c Bách khoa Hà celluloseza thu phân CMC trong môi N i. trư ng s t o vòng thu phân có màu vàng xung quanh l c ã ư c nh d ch vi III. K T QU VÀ TH O LU N sinh v t và hi n màu b ng dung d ch lugol. D a vào h s gi a ư ng kính vòng thu 1. Thành ph n lý, hóa h c c a thân cây phân (D) và ư ng kính c l (d) ngư i ta ngô sau thu ho ch xác nh ư c ho t tính CMC- aza c a vi Thân cây ngô ư c l y t Trung tâm sinh v t. Gi ng, Phân bón và Cây tr ng. Sau khi thu b p ư c 2 ngày, thân cây ngô ư c thu 2.2. Phương pháp thu phân b ng vi gom phơi khô t nhiên. Thân cây ngô sau sinh v t khi phơi khô t nhi n có màu nâu nh t, mùi Sau quá trình x lý sơ b và trung hòa, hơi hôi. K t qu phân tích thành ph n lý, b trí các công th c như sau: Cân 50g CR1 hóa h c c a thân cây ngô ư c trình bày cho vào bình tam giác 1000ml thêm 500ml b ng 1. nư c c t, sau ó b sung d ch l c vi sinh v t B ng 1. Thành ph n lý hóa h c theo các t l 1%, 3% và 5% v th tích. c a thân cây ngô s y khô Trong quá trình th y phân, theo dõi Ph n trăm theo các ch tiêu: M t vi sinh v t, hàm lư ng H p ch t kh i lư ng khô (%) ư ng kh sau 1, 2, 3, 5, 7 ngày; thành Đ m 73 ph n c a ch t r n thu ư c sau khi l c CR3 (s y khô). Cellulose 24, 07 Hemicellulose 37,19 2.3. Phương pháp lên men Lignin 7,82
Khác 30,92 hydratcacbon do B môn Vi sinh v t - Vi n Th như ng Nông hóa và B môn Sinh h c T ng 100,00 Môi trư ng - Vi n Môi trư ng Nông nghi p S li u b ng 1 cho th y, thân cây ngô cung c p, các ch ng VSV s d ng trong ch a ch y u là hemicellulose (37,19%) và nghiên c u u có lý l ch rõ ràng và ư c cellulose 24,07%. ây là m t nguyên li u nh tên n loài, m b o an toàn sinh h c sinh kh i ti m năng cho vi c s n xu t khi ng d ng trong th c t s n xu t. K t ethanol n u các i u ki n th y phân và lên qu ánh giá ho t tính sinh h c CMC và men ư c nghiên c u m t cách hi u qu . kh năng sinh trư ng và phát tri n các ch ng VSV trong môi trư ng d ch th t 0 2. L a ch n ch ng VSV phân gi i h p gi n 72 gi nuôi c y ư c trình bày ch t hydratcacbon trong b ng 2. ph c v cho m c ích nghiên c u, tài ã s d ng v t li u là các ch ng x khuNn có kh năng chuy n hóa h p ch t B ng 2. M t t bào và ho t tính sinh h c CMC 4 ch ng VSV nghiên c u M t đ t bào (CFU/ml) Đư ng kính vòng phân gi i CMC (D-d) Ký hi u 24 gi 48 gi 72 gi 24 gi 48 gi 72 gi 7 8 8 ACT 01 5,77. 10 6,20.10 4,14.10 25 31 33 6 8 8 ACT 06 2,47.10 7,31. 10 6,12. 10 28 33 40 8 8 8 ACT 17 2,18. 10 8,34.10 5,22.10 26 30 35 6 8 8 ACT 18 1,87. 10 3,56.10 2,34.10 26 32 37 S li u b ng 2 cho th y, c 4 ch ng môi trư ng d ch th t o thành các h t nh . VSV s d ng trong nghiên c u u t m t Khi nuôi c y tĩnh thì t o váng trên môi cao t i th i i m 48 gi , tuy nhiên trư ng d ch th . ch ng ACT 06 có ho t tính sinh h c cao so 3. L a ch n ch ng vi sinh v t cho quá v i 3 ch ng còn l i ACT 01, ACT 17 và trình lên men ACT 18. D a vào k t qu này, tài ã l a ch n ch ng ACT 06 ti p t c s d ng v i Ch ng vi sinh v t s d ng trong lên m c ích làm tác nhân sinh h c chuy n hóa men ethanol s d ng trong nghiên c u ư c h p ch t hydratcacbon. l a ch n t b ch ng vi sinh v t ư c lưu Ch ng ACT 06 (Streptomyces gi t i B môn Sinh h c Môi trư ng - Vi n thermocoprophilus) khi ư c nuôi c y trên Môi trư ng Nông nghi p và ch ng n m môi trư ng th ch ĩa (A1) cho khuNn l c có men do B môn Vi sinh v t - Vi n Th màu tr ng c, b m t nhăn, mùi ngái, như ng Nông hóa. tài ã ti n hành ánh khuNn l c ăn sâu vào b m t th ch, sau 3 giá kh năng lên men rư u b ng cách ánh ngày nuôi c y khuNn l c có ư ng kính t giá nh tính thông qua vi c hình thành 1,5 - 2,3mm. Khi nuôi c y trên máy l c nhi t 370C, t c 150 vòng/phút trong CO2: ng Durham ư c cho ngư c chi u
vào ng môi trư ng lên men d ch th . Sau lên men cao và ư c tài l a ch n s khi kh trùng khí trong ng b lo i h t, môi d ng trong quá trình lên men. trư ng ng p kín ng. Sau khi c y n m men, khí CO2 sinh ra N môi trư ng ra kh i ng. y 4. Kh năng chuy n hóa h p ch t cacbonhydrat trong thân cây ngô thành ng ch a khí CO2 s n i lên. ng n i lên ư ng ơn càng nhi u thì lư ng CO2 sinh ra càng ánh giá kh năng chuy n hóa h p nhi u. K t qu nghiên c u cho th y, ng ch t cacbonhydrat trong thân cây ngô, tài Durham trong môi trư ng lên men s d ng ti n hành phân tích thành ph n các ch t SA.03 b N lên nhi u nh t ch ng t trong y trong m u ch t r n thu ã ư c x lý sơ b , ng s d ng SA.03 khí CO2 sinh ra nhi u th y phân b ng axit và th y phân b ng vi nh t so v i 2 ch ng SA.01 và SA.02. Như sinh v t. K t qu phân tích hàm lư ng cellulose, hemicellulose và lignin ư c v y, SA.03 là ch ng n m men có kh năng trình bày trong b ng 3. B ng 3. Ph n trăm theo kh i lư ng các thành ph n chính trong nguyên li u sau các quá trình x lý sơ b và th y phân Ph n trăm theo kh i lư ng (%) TT Thành ph n Nguyên X lý sơ b Th y phân b ng axit Th y phân vi sinh v t, li u ban (H2SO4 0,5%, (H2SO4 2%, 1210C, 3% d ch l c ACT06, 0 đ u 121 C, 1gi ) 1gi ) sau 3 ngày 1 Cellulose 24, 07 37,67 39,83 18,80 2 Hemicellulose 37,19 22,90 9,52 24,01 3 Lignin 7,82 6,77 8,58 8,22 4 Khác 30,92 32,66 42,07 49,33 T ng c ng 100,00 100,00 100,00 100,00 S li u b ng 3 cho th y t l % c a ACT 06, thành ph n c a nguyên li u ti p t c cellulose, hemicellulose, lignin và các h p thay i. Tuy nhiên có s khác bi t: công ch t khác trong nguyên li u ã thay i so th c th y phân b ng axit H2SO4 2% t l % v i ban u sau khi ư c x lý sơ b . K t qu hemicellulose gi m i rõ r t trong khi ó phân tích cũng cho th y sau quá trình th y công th c th y phân b ng vi sinh v t t l % phân b ng axit H2SO4 2% và d ch SK ch ng cellulose gi m m nh hơn v i hemicellulose. B ng 4. Kh năng chuy n hydratcacbon trong quá trình th y phân b ng axit Nguyên li u đ u vào (gr) Sau quá th y phân (gr) % chuy n hóa c a H p ch t Th y phân Th y phân B ng B ng axit Axit vô Vi sinh v t b ng vi sinh v t b ng axit vô cơ vi sinh v t vô cơ cơ Cellulose 18,84 18,84 6,98 14,26 63,0 24,3 Hemicellulose 11,45 11,45 8,91 3,41 22,2 70,2 Lignin 3,39 3,39 3,05 3,07 10,0 9,4
Khác 16,32 16,32 14,60 15,06 10,5 7,7 T ng 50,00 50,00 37,12 35,80 25,76 28,4 S li u trên cho th y, i u ki n 1210C cây ngô. Còn quá trình x lý k t h p axit vô trong vòng 1 gi , axit sunfuric 2% có kh cơ loãng và ch ng vi sinh v t ACT 06 có năng chuy n hóa t i 70,2% hàm lư ng kh năng chuy n hóa 70,7% lư ng celluose hemicellulose, 24,3% cellulose và 9,45 và 64,7% lư ng hemicellulose trong thân lignin trong nguyên li u u vào. Như v y cây ngô khô. Như v y phương pháp x lý s chuy n hóa cho phép d oán r ng kép bao g m quá trình x lý sơ b b ng axit ư ng kh t o thành trong d ch th y phân loãng và quá trình th y phân b ng vi sinh b ng axit ch y u là ư ng 5- cacbon. S v t cho hi u qu chuy n hóa h p ch t li u b ng 4 cho th y, cellulose chuy n hóa hydratcacbon cao hơn. khá l n nh tác nhân vi sinh v t là ch ng 5. Hi u su t c a quá trình lên men ACT 06, s li u phân tích cũng cho th y vi sinh v t ã s d ng h p ch t cellulose trong nghiên c u ánh giá kh năng lên nguyên li u làm th c ăn ng th i chuy n men c a ch ng SA.03 i v i các d ch lên hóa thành ư ng. men, tài ã b trí thí nghi m v i 5 công T các k t qu nghiên c u trình bày th c lên men trong th i gian 5 ngày, nhi t 300C, pH = 5,5 th tích d ch lên men là 1 trên cho th y, hi u su t chuy n hóa c a lít có b sung 10% d ch sinh kh i SA.03: cellulose và hemicellulose thành ư ng và các h p ch t khác như sau: LM1: D ch lên men là d ch l c thu ư c c a quá trình x lý sơ b b ng H2SO4 - Quá trình x lý ch dùng axit: 0,5% 1210C trong 1 gi . + i v i cellulose: 4,5+ (100- 4,5)/100 LM2: D ch lên men là d ch th y phân x 24,3 = 27,7%. b ng axit v i axit H2SO4 2%, 1210C trong + i v i hemicellulose: 62,4 + (100- 1 gi ; 62,4)/100 x 70,2 = 88,8%. LM3: D ch lên men là h n h p g m - Quá trình x lý có s d ng ch ng vi d ch l c thu ư c c a quá trình X lý sơ b sinh v t ACT 06: b ng H2SO4 0,5% 1210C trong 1 gi và + i v i cellulose: 4,5 + (100- d ch th y phân b ng axit v i axit H2SO4 4,5)/100 x 63,0 = 64,7%. 2%, 1210C trong 1 gi ; + i v i hemicellulose: 62,4 + (100- LM4: D ch lên men là h n h p g m 62,4)/100 x 22,2 = 70,7%. d ch l c thu ư c c a quá trình x lý sơ b b ng H2SO4 0,5% 1210C trong 1 gi và K t qu này cho th y, quá trình x lý ch s d ng axit vô cơ loãng có kh năng d ch th y phân b ng vi sinh v t thu ư c th y phân n 88,8% h p ch t sau quá trình th y phân b ng cách b sung hemicellulose, trong khi ó ch th y phân 3% d ch l c ACT 06 trong 3 ngày. ư c 27,7% hàm lư ng cellulose trong thân
LM5: D ch lên men là d ch th y phân phân b ng cách b sung 3% d ch l c ACT 06, b ng vi sinh v t thu ư c sau quá trình th y trong 3 ngày. B ng 5. Hi u su t chuy n hóa ư ng kh trong quá trình lên men (4 ngày) Hàm lư ng đư ng kh (g/l) Hi u su t chuy n hóa Công th c Chuy n đư ng kh (%) Trong d ch trư c khi Trong d ch sau khi lên men (a) lên men hóa (b) (b/a)*100 LM1 2,0 1,03 0,97 48,5 LM2 4,2 1,16 3,04 72,4 LM3 3,1 0,86 2,24 72,3 LM4 3,55 0,87 2,68 72,7 LM5 5,1 1,23 3,75 75,9 D ch lên men LM5 chuy n hóa cao ơn, ch y u là ư ng glucose là ư ng nh t t 75,9%, ti p n là d ch lên men chuy n hóa thành rư u. LM4, LM2, LM3 có hi u su t chuy n hóa tương t nhau và cu i cùng là LM1 có 6. Hàm lư ng ethanol trong d ch sau hi u su t chuy n hóa th p nh t. D ch lên men LM5, LM4 có hi u su t chuy n hóa cao Hàm lư ng ethanol trong d ch sau lên có th lý gi i là do: Ch ng vi sinh v t men ư c xác nh b ng phương pháp i m ACT 06 ã chuy n hóa m t lư ng khá l n sôi và phương pháp t tr ng k , k t qu cellulose trong nguyên li u thành ư ng phân tích ư c trình bày b ng 6: B ng 6. Hàm lư ng ethanol trong d ch sau lên men Hàm lư ng ethanol (%V) Tên công th c Phương pháp đi m sôi Phương pháp t tr ng k Trung bình LM1 2,1 1,7 1,9 LM2 2,8 2,4 2,6 LM3 2,7 2,2 2,45 LM4 3,3 2,9 3,1 LM5 4,3 3,9 4,2 S li u b ng 6 cho th y, ethanol trong chín t t 6% n 9,5% v th tích. K t d ch sau lên men trong t 1,9 - 4,2% v th qu hàm lư ng ethanol trong nghiên c u tích. Trên th c t s n xu t t nguyên li u này tuy không cao nhưng cũng cho th y tinh b t thì hàm lư ng c n trong d ch gi m
ti m năng s n xu t ethanol t nguyên li u t ng h p cenlulose cao, Lu n án thân cây ngô là r t cao. PTSKHKT, Hà N i. 2. Lê Thanh (2004). Các phương pháp IV. K T LU N phân tích ngành công ngh lên men, 1. Thân cây ngô sau thu ho ch có NXB. Khoa h c và K thu t, Hà N i. Nm 73% ư c phơi khô t nhiên có m u nâu nh t, mùi hơi hôi, Nm 10%, có thành 3. guy n ình Thư ng (2000). Công ngh ph n chính g m cellulose 24,07%. s n xu t & ki m tra c n etylic, NXB. Khoa h c và K thu t, tr.107-173. 2. ã l a ch n ư c ch ng ACT 06 làm tác nhân cho quá trình th y phân b ng 4. Cheng- shung gong, li-fu chen, Michael vi sinh v t và ch ng SA.03 là ch ng n m C. Flickinger, Ling- Chang Chiang, and men có kh năng lên men cao làm tác nhân George T. Tsao (1981), Applied and cho quá trình lên men. environmental microbiology: Production of Etanol from D-Xylose by Using 3. Ch ng x khuNn ACT 06 thu c D-Xylose Isomerase and Yeasts, p. nhóm vi sinh v t ưa nhi t, phát tri n t t 430-436 nhi t 35- 500C và pH trung tính. Ch ng ATC 06 có kh năng phân gi i CMC, 5. James D. Kerstetter, Ph.D.John Kim ư ng kính vòng phân gi i t 40 mm sau Lyons (2001), Wheat straw for ethanol, 3 ngày nuôi c y. Production in Washington: A Resource, 4. ã xác nh ư c i u ki n cho quá Technical, and Economic Assessment, trình th y phân b ng vi sinh v t: B sung p.18. 3% d ch ACT 06 c y l c trong 3 ngày vào gư i ph n bi n: GS.TSKH. Tr n Duy Quý d ch sau quá trình x lý sơ b , m t t bào và hàm lư ng ư ng cao tương ng là 8,53.108 CFU/ml và 5,10 g/l. 5. Hi u su t c a quá trình chuy n hóa ư ng kh t 70-75% i v i d ch lên men có hàm lư ng ư ng kh t 3,0- 5,0 g/l. Hàm lư ng ethanol không cao t 1,9-4,2%V nhưng cũng ch ng t thân cây ngô là nguyên li u ti m năng cho s n xu t ethanol sinh h c. TÀI LI U THAM KH O 1. guy n c Lư ng (1996), Nghiên c u tính ch t m t s vi sinh v t có kh năng
T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam 8