Sản xuất ethanol từ rơm rạ

SẢN XUẤT ETHANOL TỪ RƠM RẠTRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINHBM. CÔNG NGHỆ SINH HỌCTP HCM, tháng 1 năm 20121/5/20121Thành viên nhóm 1Nguyễn Chuyên Thuận	09126217Lê Văn Huy Tin Em	09126044Nguyễn Thị Kiều Oanh	09126148Nguyễn Thị Thanh Thảo	09126200Nguyễn Thị Lệ Hằng	09126052Danh Minh Thắng	09126291Châu Phi Rinne	09126178Võ Văn Trung	09126293Lê Văn Phú	09126155Nguyễn Xuân Thắng	0912620821/5/2012Nội DungTÓM TẮTGIỚI THIỆUVẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁPKẾT QUẢ NGHIÊN CỨUTHẢO LUẬN31/5/2012TÀI LIỆU THAM KHẢOTÓM TẮTGIỚI THIỆUVẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁPKẾT QUẢ NGHIÊN CỨUTóm TắtNội dung bài báo nghiên cứu khả năng sản xuất ethanol từ rơm của một số loại nấm gồm:Nguyên liệu: glucose, avicel, cellulose từ rơm rạ đã qua xử lý với acid loãngĐối tượng vsv: Mucor indicus, Rhizopus oryzae và Saccharomyces cerevisiaeĐiều kiện: 38 0C, tối đa 7 ngày, (tốt nhất 2-3 ngày)Hiệu suất:40-74%(R.oryzae 74%, M.indicus 68%)Sản phẩm phụ: glycerol, acid lactic,...41/5/2012Giới ThiệuHằng năm: rơm (731 triệu tấn) sản xuất được 205 tỉ lít ethanolRơm lignocellulose cellulose glucoseTác dụng của tiền xử lý: bỏ lignin, hemicellulose, giảm cellulose tinh thể, tăng độ xốp (tăng oxy)51/5/2012enzymeSản xuất ethanol từ 2 phương pháp: (qt đường hóa và lên men đồng thời) SSF và (qt đường hóa và lên men tách biệt) SHFƯu điểm SSF: chi phí thấp, năng suất cao, giảm sự ức chế ngược khi sản phẩm tạo thànhNhược điểm SSF : nhiệt độ thích hợp cho enzyme thủy phân (40-50 0C) cao hơn nhiệt độ cho các vsv lên men.61/5/2012Giới ThiệuGiải pháp:	Sử dụng vsv chịu nhiệt: Kluyveromyces marxianus, Candida lusitaniae và Zymomonas mobilis Nuôi cấy chung với một số vi sinh vật như Brettanomyces clausenii và S. cerevisiae.	Thêm một bước tiền thủy phân sau đó bổ sung vi sinh vật lên men.71/5/2012Giới Thiệu Trong 3 chi :Rhizopus, Mucor, Rhicomucor thì khả năng sản xuất ethanol của Rhizopus, Mucor cao nhấtM.indicus sản xuất ethanol từ glucose, xylose, dịch thủy phân gỗ tương ứng là: 0.39, 0.22, 0.44 g/g nguyên liệu.R.oryzae lượng ethanol sx từ glucose giảm, xylose tăng, dịch thủy phân tăng.Nhiệt độ tối ưu là: 37 0C 81/5/2012Giới ThiệuM.indicusR.oryzaeVi sinh vật và môi trường.M. indicus CCUG 22424 và R. oryzae CCUG 28958Chúng được giữ trên môi trường thạch nghiêng: 	D-glucose 40g	Soy peptone 10g 	Agar 20g 	pH 5.5, 30 ± 10C Tạo dịch huyền phù bào tử bằng cách bổ sung 10ml dung dịch đệm 0,05M lắc mạnh dịch huyền phù 5(± 1)x106 bào tử/ml của M. indicus hay R. oryzae91/5/2012Vật liệu và phương phápVi sinh vật và môi trường.S.cerevisiae được sử dụng là chịu nhiệt bằng cách gây stress nhiệt trong alcohol cao độ.Chúng được tăng sinh ở 30 ± 0,5 0C và duy trì ở 4 0C trong môi trường thạch nghiêng:	Glucose 20g	Dịch nấm men 3g	Dịch mạch nha 3g	Agar 20g101/5/2012Vật liệu và phương pháp2. Chuẩn bị cấy chủng nấmMôi trường:Glucose 50gDịch chiết nấm men5g(NH4)2SO4 7,5gK2HPO4 3,5gMgSO4.7H2O0,75gCaCl2.2H2O1gDung dịch đệm citrate 0,05MpH 5,5 ± 0,1Tổng thể tích môi trường 50ml, đựng trong bình tam giác 250ml. Hấp tiệt trùng 1210C. Cấy bào tử nấm vào Ủ ở 35 ± 0,5 0CCác bước: 111/5/2012Vật liệu và phương phápCác thành phần của rơm 27 ±0.5% hemicellulose 	39 ±1% cellulose12 ±0.5% lignin	11 ±0.5% ash37.5 ±0.5% glucan 	20.6 ±0.3% xylan3. Rơm 121/5/2012Vật liệu và phương pháp131/5/2012Vật liệu và phương phápCác bước tiền xử lý rơm với acid loãng:4. EnzymeEnzyme: cellulase từ Trichodema reesei.Các phương pháp đo lường hoạt tính cellulase: FPU, endoglucanase và ß-glycosidaseEnzyme biểu hiện hoạt tính trên 55 FPU/mlHoạt tính Endoglucanase được quyết định bởi khả năng chống lại carboxymethyl cellulose ( CMC ) Thí nghiệm hoạt tính CMCase 101 IU / mlHoạt tính ß –Glycosidase đo được 112 IU / ml141/5/2012Vật liệu và phương pháp5. Thực hiện đồng thời đường hóa và lên men (SSF)SSF được thực hiện trong đk hiếu khí hay kỵ khí. Môi trường (g / l):  Dịch chiết ​nấm men 5g	(NH4)2SO4 7.5g K2HPO4 3.5g	MgSO4.7H2O 0.75g CaCl2.2H2O 1g	Nguyên liệu (cellulose)50g151/5/2012Vật liệu và phương phápBổ sung dung dịch đệm citrate  0,05 M, pH 5,5 ± 0,1 đối với nấm sợi và pH 5 ± 0,1 với S.cerevisiae. Tổng thể tích 100ml. Đựng trong bình tam giác 250 ml bổ sung enzyme và 0,1g Tween 80 vào bình vô trùng. Ủ ở 38 0C trong 7 ngày.Cuối quá trình cần kiểm tra sự tạp nhiễm và các sản phẩm tạo ra.161/5/2012Vật liệu và phương pháp6. Phương pháp phân tích Phân tích bằng HPLC, với các trang thiết bị như  máy dò UV/vis, RI, định lượng bằng sắc phổ tia cực tímChỉ tiêu phân tích: cellobiose, glucose, ethanol, glycerol, acid lactic, acid pyruvic, acid acetic và acid succinic171/5/2012Vật liệu và phương phápKết quả nghiên cứuSSF bởi S.cerevisiaeHiệu quả của việc bổ sung enzyme được kiểm tra và so sánh giữa 15 FPU/g DM cellulose với 30FPU/g DM Avicel.Sử dụng enzyme cao hơn tăng 20% nồng độ ethanol Tốc độ sản xuất ethanol nhanh nhất đạt được trong vòng 25h đầu tiên và gần như không đổi trong 4 ngày ở điều kiện kỵ khí và giảm từ từ trong các điều kiện hiếu khí. 1-2 ngày là đủ cho sản xuất ethanol bởi S. cerevisiae dưới điều kiện hiếu khí và khoảng 2 ngày trong điều kiện yếm khí.181/5/2012SSF bởi S.cerevisiaeGlycerol là sản phẩm phụ chủ yếu của quá trình SSF bởi S.cerevisiae.Thời gian  sản xuất glycerol tương tự như của ethanolNồng độ  glycerol trong điều kiện  SSF kỵ khí cao hơn  so với hiếu khí, năng suất cao nhất  thu được là 100,8 mg/g.Glycerol được tạo ra trong điều kiện kị khí sau 80h.Nồng độ glycerol trong điều kiện hiếu khí đạt tối đa và sau đó giảm.191/5/2012Kết quả nghiên cứuKết quả SSF bởi S. cerevisiaeThời gian (h)Ethanol cellobiose Glucose  () kỵ khí SSF, 30 FPU/g DM, Avicel () kỵ khí SSF, 15 FPU/g DM, Avicel() kỵ khí SSF, 15 FPU/g DM; pretreated rơm() hiếu khí SSF, 30 FPU/g DM, Avicel() hiếu khí SSF, 15 FPU/g DM, Avicel( ) hiếu khí SSF, 15 FPU/g DM, rơm pretreated. 201/5/2012SSF bởi M. indicusPhần lớn của ethanol được sản xuất trong 2 ngày đầu tiên và gần như không thay đổi trong 4 ngày cuối cùng của SSF trong điều kiện yếm khí, trong điều kiện hiếu khí tế bào có thể thấm hút một phần ethanolSản lượng ethanol thu được từ M.indicus từ rơm rạ trong kỵ khí SSF là 67,6%211/5/2012Kết quả nghiên cứuM.indicus sản xuất glycerol trong điều kiện kỵ khí nhiều hơn hiếu khíSản lượng glycerol cao nhất là thu được trên SSF kỵ khí của rơm rạ đã qua xử lý là 117.3mg/g, trong khi sản lượng của glycerol trong SSF hiếu khí từ 27 đến 48 mg/gTích tụ glucose bắt đầu sau 60 h của SSF SSF bởi M. indicus221/5/2012Kết quả nghiên cứuKết quả SSF bởi M. indicusEthanol cellobiose Glucose  () kỵ khí SSF, 30 FPU/g DM, Avicel () kỵ khí SSF, 15 FPU/g DM, Avicel() kỵ khí SSF, 15 FPU/g DM; pretreated rơm() hiếu khí SSF, 30 FPU/g DM, Avicel() hiếu khí SSF, 15 FPU/g DM, Avicel() hiếu khí SSF, 15 FPU/g DM, rơm pretreated. Thời gian (h)231/5/2012SSF by R.oryzaeViệc sản xuất ethanol xảy ra trong 2-3 ngày đầu tiên  R.oryzae có khả năng đồng hóa ethanol trong điều kiện hiếu khí và kị khí.Khi tăng gấp đôi nồng độ enzyme 15-30 FPU/g DM, ethanol tạo cũng tăng trong hiếu khí 20% và 17% trong điều kiện kỵ khí241/5/2012Kết quả nghiên cứuKhi lên men SSF rơm và Avicel trong điều kiện kị khí sẽ sinh nhiều acid lactic hơn điều kiện hiếu khíGlycerol do R.oryzae tạo ra thấp hơn nhiều so M.indicus hay S.cerevisiae. Cao nhất là 21,1mg/gTrong 3 ngày đầu lên men lượng ethanol tạo ra đã đạt được mức tối đa. Nhưng lượng glucose và cellobiose tương đối thấp 1,9 và 0,21 g/l 251/5/2012Kết quả nghiên cứuKết quả SSF bởi R.oryzaeEthanol cellobiose Glucose  () kỵ khí SSF, 30 FPU/g DM, Avicel () kỵ khí SSF, 15 FPU/g DM, Avicel() kỵ khí SSF, 15 FPU/g DM; pretreated rơm() hiếu khí SSF, 30 FPU/g DM, Avicel() hiếu khí SSF, 15 FPU/g DM, Avicel() hiếu khí SSF, 15 FPU/g DM, rơm pretreated. Thời gian (h)261/5/2012Lý thuyết:1 kg rơm 390 g cellulose 	 220g ( 283ml) ethanol.Thực tế: 1 kg rơm	 390 g cellulose	 208ml ethanol (hiệu suất 73,58%).Như vậy, ước tính trên thế giới có 731 triệu tấn rơm rạ => 152 tỉ lít ethanol/năm.Con số tương ứng cho S.cerevisiae = 126 tỷ lít ethanol.Con số tương ứng cho M.indicus = 140 tỷ lít Ethanol.271/5/2012Thảo luậnThảo luậnNấm sợi (M.indicus và R.oryzae) có khả năng sản xuất ethanol tương ứng là 0,19 và 0,28 g/g xylose.Rơm (27% ) hemicellulose (77%) xylose (nhờ acid loãng) 0,28 g ethanol/g xylose. Hemicellulose của1kg rơm 65g (83ml) ethanol.R.oryzae có thể sản xuất ít nhất 291ml ethanol từ 1kg rơm.Một số cải tiến trong bước tiền xử lý, giúp tăng cường SSF để sản xuất ethanol từ rơm.281/5/2012M.inducus và R.oryzae có ưu điểm hơn S.cerevisiase: khả năng tăng trưởng trong môi trường có nhiệt độ cao M.inducus và R.oryzae tạo ra nhiều ethanol hơn S.cerevisiae do S.cerevisiae tạo ra Glycerol trong môi trường nhiệt độ cao lượng ethanol giảm291/5/2012Thảo luậnNhiều dẫn xuất của lignin làm tăng nồng độ mol các chất trung gian thay vì tạo ethanolKhi sử dụng M.inducus và R.oryzae ngoài ethanol còn thu được các sản phẩm có giá trị khác như chất siêu hút ẩm hoặc GlucosamineNgoài ra còn sinh sản phẩm phụ là acid lactic, làm giảm glycerol xuống mức thấp, và không sản xuất ethanol301/5/2012Thảo luậnR. oryzae là sinh vật sử dụng được cellobioseNó tạo điều kiện cho tạo dịch đường hóa từ celluloseNếu tăng lượng enzyme thì lượng ethanol sẽ tăng lênLượng ethanol từ SSF rơm > SSF với AvicelEthanol sản xuất từ bã giấy > cellulose tinh thểNồng độ enzyme/1g dung dịch cellulose SSF rơm > SSF Avicel311/5/2012Thảo luậnTính chất vật lý, cấu trúc cellulose ảnh hưởng đến lượng ethanolTránh sấy quá khô lignocellulose vì nó có thể phá vỡ các bào tử nấmEthanol có thể giảm hoạt tính của cellulase và giảm khả năng phát triển của VSVGlucose trong môi trường làm giảm khả năng trao đổi chất và ngừng lên men, quá trình đường hoá vẫn tiếp tục321/5/2012Thảo luậnKhác với S.cerevisiae, M.indicus và R.oryzae có khả năng chịu đựng được nhiệt độ cao và nồng độ ethanol cao sau 1 tuần lên men Có thể sản xuất ethanol từ rơm bằng kĩ thuật SSF nhờ M.indicus và R.oryzae tốt hơn S.cerevisiae331/5/2012Thảo luậnTài liệu tham khảoKeikhosro Karimi, Giti Emtiazi, Mohammad J. Taherzadeh d, Ethanol production from dilute-acid pretreated rice straw by simultaneous saccharification and fermentation with Mucor indicus, Rhizopus oryzae, and Saccharomyces cerevisiae, Enzyme and Microbial Technology 40 (2006) 138–144Hình ảnh được lấy từ google.com1/5/201234Thank You For Attention351/5/2012Toàn thể thành viên nhóm một xin chân thành cám ơn sự theo dõi của qui thầy cô cùng toàn thể các bạn sinh viên, kính chúc thầy cô cùng tất cả các bạn hưởng một mùa xuân vui tươi, hạnh phúc, phát tài phát lôc, vạn sự như ý, tỷ sự như mơ, triệu điều bất ngờ kính chúc ! Kính chúc! Toàn thể thành viên nhóm một xin chân thành cám ơn sự theo dõi của qui thầy cô cùng toàn thể các bạn sinh viên, kính chúc thầy cô cùng tất cả các bạn hưởng một mùa xuân vui tươi, hạnh phúc, phát tài phát lôc, vạn sự như ý, tỷ sự như mơ, triệu điều bất ngờ kính chúc ! Kính chúc!