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

KHẢ NĂNG SỬ DỤNG VI SINH VẬT LÀM TÁC NHÂN SINH HỌC
SẢN XUẤT ETHANOL TỪ THÂN CÂY NGÔ
guyễn Thị Hằng ga
1

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.

I. T VN 
1

Sn xut nhiên liu sinh hc t sinh
khi ng, thc vt ang là mt hưng i
có th to ra ngun nhiên liu thay th phn
nào ngun nhiên liu hoá thch ang ngày
càng cn kit, m bo an ninh năng lưng
cho tng quc gia.
Ethanol sinh hc (bio-ethanol) là mt
loi nhiên liu sinh hc dng cn, ưc sn
xut ch yu bng phương pháp lên men và
chưng ct các loi ngũ cc cha tinh bt có
th chuyn hóa thành ưng ơn, thưng

ưc sn xut t các loi cây nông nghip
hàm lưng ưng cao. Hin nay, vic sn
xut ethanol t các loi cây nông nghip
ang gây ra s lo lng v vn  an ninh
lương thc - s cnh tranh gia cây trng

1
Vin Môi trưng Nông nghip.
làm nhiên liu và cây lương thc. Chính vì
vy, th gii ang i theo hưng sn xut
ethanol t các nguyên liu cha hp cht
cellulose.
Thành phn thân cây ngô sau thu hoch
giàu hp cht hydratcacbon và các nguyên
t khoáng khác, là nguyên liu tim năng 
sn xut ethanol nhiên liu. Vic nghiên
cu s dng thân cây ngô sau thu hoch
làm nguyên liu sn xut ethanol nhiên liu
có s dng s tr giúp ca vi sinh vt ang
là mt trong nhng gii pháp y ha hn
thu hút ưc s quan tâm ca các nhà khoa
hc trong và ngoài nưc.
II. VT LIU VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CU
1. Vật liệu nghiên cứu
- Thân cây ngô sau khi ã thu hoch 2
ngày.
- Các chng vi sinh vt lên men ACT
01, 06, 17, 18.
Trong nghiên cu có s dng các

phương pháp thưng quy ưc chuNn hóa
trong phòng thí nghim:
2. Phương pháp nghiên cứu
2.1. Phương pháp xác định hoạt tính phân
giải cellulose
Xác nh hot tính phân gii cellulose
bng phương pháp khuch tán trên thch ĩa.
Nguyên tc ca phương pháp: Enzym
celluloseza thu phân CMC trong môi
trưng s to vòng thu phân có màu vàng
xung quanh l c ã ưc nh dch vi
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
phân (D) và ưng kính c l (d) ngưi ta
xác nh ưc hot tính CMC- aza ca vi
sinh vt.
2.2. Phương pháp thuỷ phân bằng vi
sinh vật
Sau quá trình x lý sơ b và trung hòa,
b trí các công thc như sau: Cân 50g CR1
cho vào bình tam giác 1000ml thêm 500ml
nưc ct, sau ó b sung dch lc vi sinh vt
theo các t l 1%, 3% và 5% v th tích.
Trong quá trình thy phân, theo dõi
các ch tiêu: Mt  vi sinh vt, hàm lưng
ưng kh sau 1, 2, 3, 5, 7 ngày; thành
phn ca cht rn thu ưc sau khi lc
CR3 (sy khô).
2.3. Phương pháp lên men
Dch nm men Saccharomyces

cerevisiae ã la chn lc trong 2 ngày
ưc s dng  làm tác nhân cho quá trình
lên men. Th tích dch lên men dùng cho
mi công thc 1000ml. Lưng dch nm
men b sung là 10% (v/v). Mi công thc
nhc li 3 ln.
iu kin lên men: Nhit  = 30
o
C;
pH = 5,5; thi gian: 5 ngày.
Ch tiêu theo dõi: pH, hàm lưng
ưng kh, hàm lưng ethanol
2.4. Phương pháp đo hàm lượng ethanol
Mu ưc o ti Vin Công ngh sinh
hc và Thc phNm - i hc Bách khoa Hà
N i.
III. KT QU VÀ THO LUN
1. Thành phần lý, hóa học của thân cây
ngô sau thu hoạch
Thân cây ngô ưc ly t Trung tâm
Ging, Phân bón và Cây trng. Sau khi thu
bp ưc 2 ngày, thân cây ngô ưc thu
gom phơi khô t nhiên. Thân cây ngô sau
khi phơi khô t nhin có màu nâu nht, mùi
hơi hôi. Kt qu phân tích thành phn lý,
hóa hc ca thân cây ngô ưc trình bày 
bng 1.
Bảng 1. Thành phần lý hóa học
của thân cây ngô sấy khô
Hợp chất

Phần trăm theo
khối lượng khô (%)
Độ ẩm 73
Cellulose 24, 07
Hemicellulose 37,19
Lignin 7,82
Khác 30,92
Tổng 100,00
S liu bng 1 cho thy, thân cây ngô
cha ch yu là hemicellulose (37,19%) và
cellulose 24,07%. ây là mt nguyên liu
sinh khi tim năng cho vic sn xut
ethanol nu các iu kin thy phân và lên
men ưc nghiên cu mt cách hiu qu.
2. Lựa chọn chủng VSV phân giải hợp
chất hydratcacbon
 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
hydratcacbon do B môn Vi sinh vt - Vin
Th nhưng Nông hóa và B môn Sinh hc
Môi trưng - Vin Môi trưng Nông nghip
cung cp, các chng VSV s dng trong
nghiên cu u có lý lch rõ ràng và ưc
nh tên n loài, m bo an toàn sinh hc
khi ng dng trong thc t sn xut. Kt
qu ánh giá hot tính sinh hc CMC và
kh năng sinh trưng và phát trin các
chng VSV trong môi trưng dch th t 0
gi n 72 gi nuôi cy ưc trình bày

trong bng 2.
Bảng 2. Mật độ tế bào và hoạt tính sinh học CMC 4 chủng VSV nghiên cứu
Ký hiệu
Mật độ tế bào (CFU/ml) Đường kính vòng phân giải CMC (D-d)
24 giờ 48 giờ 72 giờ 24 giờ 48 giờ 72 giờ
ACT 01 5,77. 10
7
6,20.10
8
4,14.10
8
25 31 33
ACT 06 2,47.10
6
7,31. 10
8
6,12. 10
8
28 33 40
ACT 17 2,18. 10
8
8,34.10
8
5,22.10
8
26 30 35
ACT 18 1,87. 10
6
3,56.10
8

2,34.10
8
26 32 37

S liu bng 2 cho thy, c 4 chng
VSV s dng trong nghiên cu u t mt
 cao ti thi im 48 gi, tuy nhiên
chng ACT 06 có hot tính sinh hc cao so
vi 3 chng còn li ACT 01, ACT 17 và
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
mc ích làm tác nhân sinh hc chuyn hóa
hp cht hydratcacbon.
Chng ACT 06 (Streptomyces
thermocoprophilus) khi ưc nuôi cy trên
môi trưng thch ĩa (A1) cho khuNn lc có
màu trng c, b mt nhăn, mùi ngái,
khuNn lc ăn sâu vào b mt thch, sau 3
ngày nuôi cy khuNn lc có ưng kính t
1,5 - 2,3mm. Khi nuôi cy trên máy lc 
nhit  37
0
C, tc  150 vòng/phút trong
môi trưng dch th to thành các ht nh.
Khi nuôi cy tĩnh thì to váng trên môi
trưng dch th.
3. Lựa chọn chủng vi sinh vật cho quá
trình lên men
Chng vi sinh vt s dng trong lên
men ethanol s dng trong nghiên cu ưc

la chn t b chng vi sinh vt ưc lưu
gi ti B môn Sinh hc Môi trưng - Vin
Môi trưng Nông nghip và chng nm
men do B môn Vi sinh vt - Vin Th
nhưng Nông hóa.  tài ã tin hành ánh
giá kh năng lên men rưu bng cách ánh
giá nh tính thông qua vic hình thành
CO
2
: ng Durham ưc cho ngưc chiu
vào ng môi trưng lên men dch th. Sau
khi kh trùng khí trong ng b loi ht, môi
trưng ngp kín ng. Sau khi cy nm men,
khí CO
2
sinh ra Ny môi trưng ra khi ng.
ng cha khí CO
2
s ni lên. ng ni lên
càng nhiu thì lưng CO
2
sinh ra càng
nhiu. Kt qu nghiên cu cho thy, ng
Durham trong môi trưng lên men s dng
SA.03 b Ny lên nhiu nht chng t trong
ng s dng SA.03 khí CO
2
sinh ra nhiu
nht so vi 2 chng SA.01 và SA.02. Như
vy, SA.03 là chng nm men có kh năng

lên men cao và ưc  tài la chn s
dng trong quá trình lên men.
4. Khả năng chuyển hóa hợp chất
cacbonhydrat trong thân cây ngô thành
đường đơn
 ánh giá kh năng chuyn hóa hp
cht cacbonhydrat trong thân cây ngô,  tài
tin hành phân tích thành phn các cht
trong mu cht rn thu ã ưc x lý sơ b,
thy phân bng axit và thy phân bng vi
sinh vt. Kt qu phân tích hàm lưng
cellulose, hemicellulose và lignin ưc
trình bày trong bng 3.
Bảng 3. Phần trăm theo khối lượng các thành phần chính trong nguyên liệu
sau các quá trình xử lý sơ bộ và thủy phân
TT Thành phần
Phần trăm theo khối lượng (%)
Nguyên
liệu ban
đầu
Xử lý sơ bộ
(H
2
SO
4
0,5%,
121
0
C, 1giờ)

Thủy phân bằng axit
(H
2
SO
4
2%, 121
0
C,
1giờ)
Thủy phân vi sinh vật,
3% dịch lắc ACT06,
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
Tổng cộng 100,00 100,00 100,00 100,00

S liu bng 3 cho thy t l % ca
cellulose, hemicellulose, lignin và các hp
cht khác trong nguyên liu ã thay i so
vi ban u sau khi ưc x lý sơ b. Kt qu
phân tích cũng cho thy sau quá trình thy
phân bng axit H
2
SO
4
2% và dch SK chng
ACT 06, thành phn ca nguyên liu tip tc
thay i. Tuy nhiên có s khác bit:  công

thc thy phân bng axit H
2
SO
4
2% t l %
hemicellulose gim i rõ rt trong khi ó
công thc thy phân bng vi sinh vt t l %
cellulose gim mnh hơn vi hemicellulose.
Bảng 4. Khả năng chuyển hydratcacbon trong quá trình thủy phân bằng axit
Hợp chất
Nguyên liệu đầu vào (gr) Sau quá thủy phân (gr) % chuyển hóa của
Thủy phân
bằng vi sinh vật

Thủy phân
bằng axit vô cơ

Bằng
vi sinh vật
Bằng axit
vô cơ
Vi sinh vật
Axit vô
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
Tổng 50,00 50,00 37,12 35,80 25,76 28,4
S liu trên cho thy,  iu kin 121

0
C
trong vòng 1 gi, axit sunfuric 2% có kh
năng chuyn hóa ti 70,2% hàm lưng
hemicellulose, 24,3% cellulose và 9,45
lignin trong nguyên liu u vào. Như vy
s chuyn hóa cho phép d oán rng
ưng kh to thành trong dch thy phân
bng axit ch yu là ưng 5- cacbon. S
liu bng 4 cho thy, cellulose chuyn hóa
khá ln nh tác nhân vi sinh vt là chng
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
nguyên liu làm thc ăn ng thi chuyn
hóa thành ưng.
T các kt qu nghiên cu trình bày 
trên cho thy, hiu sut chuyn hóa ca
cellulose và hemicellulose thành ưng và
các hp cht khác như sau:
- Quá trình x lý ch dùng axit:
+ i vi cellulose: 4,5+ (100- 4,5)/100
x 24,3 = 27,7%.
+ i vi hemicellulose: 62,4 + (100-
62,4)/100 x 70,2 = 88,8%.
- Quá trình x lý có s dng chng vi
sinh vt ACT 06:
+ i vi cellulose: 4,5 + (100-
4,5)/100 x 63,0 = 64,7%.
+ i vi hemicellulose: 62,4 + (100-
62,4)/100 x 22,2 = 70,7%.

Kt qu này cho thy, quá trình x lý
ch s dng axit vô cơ loãng có kh năng
thy phân n 88,8% hp cht
hemicellulose, trong khi ó ch thy phân
ưc 27,7% hàm lưng cellulose trong thân
cây ngô. Còn quá trình x lý kt hp axit vô
cơ loãng và chng vi sinh vt ACT 06 có
kh năng chuyn hóa 70,7% lưng celluose
và 64,7% lưng hemicellulose trong thân
cây ngô khô. Như vy phương pháp x lý
kép bao gm quá trình x lý sơ b bng axit
loãng và quá trình thy phân bng vi sinh
vt cho hiu qu chuyn hóa hp cht
hydratcacbon cao hơn.
5. Hiệu suất của quá trình lên men
 nghiên cu ánh giá kh năng lên
men ca chng SA.03 i vi các dch lên
men,  tài ã b trí thí nghim vi 5 công
thc lên men trong thi gian 5 ngày,  nhit
 30
0
C, pH = 5,5 th tích dch lên men là 1
lít có b sung 10% dch sinh khi SA.03:
LM1: Dch lên men là dch lc thu
ưc ca quá trình x lý sơ b bng H
2
SO
4

0,5%  121

0
C trong 1 gi.
LM2: Dch lên men là dch thy phân
bng axit vi axit H
2
SO
4
2%,  121
0
C trong
1 gi;
LM3: Dch lên men là hn hp gm
dch lc thu ưc ca quá trình X lý sơ b
bng H
2
SO
4
0,5%  121
0
C trong 1 gi và
dch thy phân bng axit vi axit H
2
SO
4

2%,  121
0
C trong 1 gi;
LM4: Dch lên men là hn hp gm
dch lc thu ưc ca quá trình x lý sơ b

bng H
2
SO
4
0,5%  121
0
C trong 1 gi và
dch thy phân bng vi sinh vt thu ưc
sau quá trình thy phân bng cách b sung
3% dch lc ACT 06 trong 3 ngày.
LM5: Dch lên men là dch thy phân
bng vi sinh vt thu ưc sau quá trình thy
phân bng cách b sung 3% dch lc ACT 06,
trong 3 ngày.
Bảng 5. Hiệu suất chuyển hóa đường khử trong quá trình lên men (4 ngày)
Công thức
Hàm lượng đường khử (g/l)
Hiệu suất chuyển hóa
đường khử (%)
(b/a)*100
Trong dịch trước khi
lên men (a)
Trong dịch sau khi
lên men
Chuyển
hóa (b)
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
nht t 75,9%, tip n là dch lên men
LM4, LM2, LM3 có hiu sut chuyn hóa
tương t nhau và cui cùng là LM1 có
hiu sut chuyn hóa thp nht. Dch
LM5, LM4 có hiu sut chuyn hóa cao
có th lý gii là do: Chng vi sinh vt
ACT 06 ã chuyn hóa mt lưng khá ln
cellulose trong nguyên liu thành ưng
ơn, ch yu là ưng glucose là ưng
chuyn hóa thành rưu.
6. Hàm lượng ethanol trong dịch sau
lên men
Hàm lưng ethanol trong dch sau lên
men ưc xác nh bng phương pháp im
sôi và phương pháp t trng k, kt qu
phân tích ưc trình bày  bng 6:
Bảng 6. Hàm lượng ethanol trong dịch sau lên men
Tên công thức
Hàm lượng ethanol (%V)
Phương pháp điểm sôi Phương pháp tỷ trọng kế 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

dch sau lên men trong t 1,9 - 4,2% v th
tích. Trên thc t sn xut t nguyên liu
tinh bt thì hàm lưng cn trong dch gim
chín t t 6% n 9,5% v th tích. Kt
qu hàm lưng ethanol trong nghiên cu
này tuy không cao nhưng cũng cho thy
tim năng sn xut ethanol t nguyên liu
thân cây ngô là rt cao.
IV. KT LUN
1. Thân cây ngô sau thu hoch có 
Nm 73% ưc phơi khô t nhiên có mu
nâu nht, mùi hơi hôi,  Nm 10%, có thành
phn chính gm cellulose 24,07%.
2. ã la chn ưc chng ACT 06
làm tác nhân cho quá trình thy phân bng
vi sinh vt và chng

SA.03 là chng nm
men có kh năng lên men cao làm tác nhân
cho quá trình lên men.
3. Chng x khuNn ACT 06 thuc
nhóm vi sinh vt ưa nhit, phát trin tt 
nhit  35- 50
0
C và pH trung tính. Chng
ATC 06 có kh năng phân gii CMC,
ưng kính vòng phân gii t 40 mm sau
3 ngày nuôi cy.
4. ã xác nh ưc iu kin cho quá
trình thy phân bng vi sinh vt: B sung

3% dch ACT 06 cy lc trong 3 ngày vào
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. guyễn Đức Lượng (1996), Nghiên cu
tính cht mt s vi sinh vt có kh năng
tng hp cenlulose cao, Lun án
PTSKHKT, Hà Ni.
2. Lê Thanh (2004). Các phương pháp
phân tích ngành công ngh lên men,
NXB. Khoa hc và K thut, Hà Ni.
3. guyễn Đình Thưởng (2000). Công ngh
sn xut & kim tra cn etylic, NXB.
Khoa hc và K thut, tr.107-173.
4. Cheng- shung gong, li-fu chen, Michael
C. Flickinger, Ling- Chang Chiang, and
George T. Tsao (1981), Applied and
environmental microbiology: Production
of Etanol from D-Xylose by Using
D-Xylose Isomerase and Yeasts, p.
430-436

5. James D. Kerstetter, Ph.D.John Kim
Lyons (2001), Wheat straw for ethanol,
Production in Washington: A Resource,
Technical, and Economic Assessment,
p.18.
gười phản biện: GS.TSKH. Trần Duy Quý
T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam
8