Sự phát triển và ứng dụng của hemicellulose từ lúa mì

Sự phát triển và ứng dụng
của Hemicellulose từ lúa mì


NỘI DUNG
01

Giới thiệu

03
02

Ứng dụng

Công nghệ sản xuất

04

Kết luận


TỔNG QUAN
Hemicellulose là một thành phần quan trọng của
thành tế bào thực vật, được sử dụng chủ yếu trong
nhiên liệu sinh học và chế phẩm sinh học.


GIỚI THIỆU

01

A. KHÁI NIỆM
- Hemicellulose có thể được định nghĩa là polysaccharide của
thành tế bào, liên kết mạnh mẽ với các vi sợi cellulose bằng liên kết
hydro và lực Van der Waals.


A. KHÁI NIỆM
- Bao gồm một nhóm khơng đồng nhất của các polysaccharid có
nguồn gốc thực vật bao gồm D-xylose, D-mannose, D-galactose,
L-arabinose, D-galactose, và axit 4- O -metyl-D-glucuronic.

D-galactose

D-xylose

D-mannose


B. Nguồn gốc

Gỗ cứng

Gỗ mềm

Rơm lúa mì


a. Gỗ cứng
- Hemicellulose trong gỗ cứng chủ yếu là

Glucuronoxylans (15-30%), một số lượng nhỏ
(2-5%) mannans nho.


b. Gỗ mềm
- Hemicellulose trong gỗ mềm chủ yếu là galactosyl - Glucomannan
(20%), và ngồi ra cịn có arabino - acid glucuronic - xylan (5-10%)


c. Rơm lúa mì
- Ba thành phần chính trong rơm lúa mì là cellulose
(gần 40%), hemicellulose (trên 30%) và lignin (gần
20%).
→ Lượng hemixenlulose trong rơm lúa mì cao hơn
so với gỗ cứng và gỗ mềm.
⇒ Có tiềm năng để khai thác và nghiên cứu.


Công nghệ sản xuất

02


Các phương pháp chiết suất Hemicellulose
1. Công nghệ thủy phân axit.
2. Công nghệ CO2 siêu tới hạn
8. Phân loại kết tủa Ethanol
3. Công nghệ xử lý thủy nhiệt
4. Phương pháp xử lý kiềm

9. Kết hợp các phương pháp khác
nhau

5. Tiền xử lý nổ hơi nước
6. Hệ thống N,N-Dymethylformamit - Lithium Chloride
7. Công nghệ tách màng


1. Cơng nghệ thủy phân axit
- Là q trình truyền thống để thủy phân hemicellulose.
- Được sử dụng rộng rãi do có tốc độ chuyển hóa cao.
- Các loại axit thường được dùng: axit axetic, axit fomic, HCl, axit sunfulric
loãng,...
- Ví dụ: Acetyl hóa hemicellulose rơm rạ lúa mì bằng anhydrit axetic sử dụng
iốt làm chất xúc tác trong chất lỏng ion 1-butyl-3-metylimidzolium clorua.


2. Công nghệ CO2 siêu tới hạn
- Được sử dụng để kết tủa hemicellulose do các tính chất vật lý và hóa học
đặc biệt của nó ở nhiệt độ tới hạn 31,8 ° C và áp suất ở 7,4 MPa.
- Ví dụ: CO2 chống dung mơi được thêm vào dung dịch hemicellulose bằng
cách chuyển một pha ở trạng thái siêu tới hạn, tạo ra sự kết tủa của
hemicellulose ở điều kiện siêu bão hòa.


3. Công nghệ xử lý thủy nhiệt
- Xử lý thủy nhiệt là tạo ra nhiệt độ cao từ 100–1,000°C và áp suất cao
của môi trường phản ứng 1–100 MPa sử dụng nước làm mơi trường
phản ứng trong một bình kín đặc biệt.
- Phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất để tạo ra môi trường phản ứng

khác nhau và thuận lợi cho việc khai thác sinh khối.


4. Phương pháp xử lý kiềm
- Được sử dụng rộng rãi để chiết xuất hemicellulose, làm cho cellulose
trương nở, phá vỡ liên kết giữa hemicellulose và lignin, đồng thời phân
giải hemicellulose ra khỏi thành tế bào.
- Sản lượng hemicellulose phụ thuộc vào loại kiềm sử dụng, nồng độ kiềm,
thời gian chiết xuất và nhiệt độ.


5. Tiền xử lý nổ hơi nước
- Sử dụng hơi nước ở nhiệt độ cao và áp suất cao để xử lý nguyên liệu sinh
khối, giúp thực hiện sự phân tách các thành phần do hiệu ứng nổ.
- Chịu ảnh hưởng bởi: thời gian, nhiệt độ, áp suất và kích thước của nguyên
liệu thô.
- Được sử dụng để xử lý sơ bộ rơm lúa mì và lúa mạch để tiếp cận với
hemixenluloza có khối lượng phân tử cao trước khi sản xuất etanol.


6. Hệ thống N,N-Dymethylformamit Lithium Chloride
- Thường được áp dụng để hòa tan xenlulo và đang được phát triển để xử
lý hemicellulose.
- Sử dụng vi sóng làm nóng sinh khối bằng bức xạ điện từ, làm nóng các phân
tử nước trong thời gian rất ngắn, chuyển đổi năng lượng trường vi sóng thành
nhiệt năng, và thúc đẩy q trình chiết xuất các thành phần chính của sinh
khối.


7. Công nghệ tách màng

- Siêu lọc và lọc nano đều được ứng dụng trong việc tách và tinh chế
hemicellulose, có thể được sử dụng để cơ đặc dịch chiết và loại bỏ một số
lignin và muối vơ cơ có trọng lượng phân tử thấp.
- Trong một nghiên cứu năm 2019, bằng việc sử dụng siêu lọc để cô đặc
arabinoxylan được phân lập từ cám lúa mì và phương pháp tạo bọt khí để
tăng dịng chảy trong q trình thì tỷ lệ giữ lại của hemixenlulo là 96%
trong quá trình siêu lọc với màng gốm và 93% với dung dịch đã lọc trước.


8. Phân loại kết tủa Ethanol
- Đây là một phương pháp đơn giản để tinh chế hemixenluloza.
- Dung dịch hemixenluloza đã tách được kết tủa ở các nồng độ khác nhau của
etanol để thu được hemixenluloza có các tính chất vật lý và hóa học khác
nhau.
- Ví dụ: Phương pháp thủy nhiệt-etanol được sử dụng để tách hemicellulose
bằng cách thêm 3% NaOH và 3% H2O2. Quá trình này xảy ra sự phân hủy
lignin và liên kết chéo / trùng hợp song song cả xử lý thủy nhiệt và chiết xuất
etanol.


9. Kết hợp các phương pháp khác nhau
- Kết hợp nhiều phương pháp khác nhau như: phương pháp hỗ trợ siêu âm,
phương pháp hydrogen peroxide cơ bản, phương pháp chiết xuất dung môi
hữu cơ hỗn hợp, phương pháp tiền xử lý bằng hơi nước, phương pháp hỗ
trợ vi sóng và phương pháp hỗ trợ cơ học.
- Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp được liệt kê trong bảng sau:


Phương pháp tách và
tinh chế

Thuận lợi

Hạn chế và bất lợi

Công nghệ thủy phân axit

Thủy phân hemicellulose hiệu quả

Yêu cầu nhiệt độ và áp suất cao hơn

Công nghệ xử lý thủy nhiệt

Thiệt hại cấu trúc nhỏ; sản lượng đường cao

Nhiệt độ cao

Phương pháp xử lý kiềm

Nhiệt độ và áp suất phản ứng thấp

Lignin hòa tan nhiều hơn; chuyển đổi kiềm
thành muối không thể thu hồi

Tiền xử lý vụ nổ hơi nước

Sử dụng ít hóa chất hơn; khơng pha lỗng q mức
đường tạo ra trong dịch thủy phân; không yêu cầu tiêu
thụ quá nhiều năng lượng

Khả năng chịu áp suất cao của thiết bị sản
xuất; tiêu thụ nhiều năng lượng

Công nghệ CO2 siêu tới hạn

Không độc hại; giá thành rẻ; không cháy

Áp suất cao; hao hụt nhiều; thiết bị đắt tiền;
phá hủy cấu trúc hóa học của hemixenlulozơ

Cơng nghệ tách màng

Hoạt động đơn giản; hiệu quả phân tách đáng kể

Phân loại kết tủa etanol

Phương pháp đơn giản nhất và được sử dụng phổ biến
nhất

—-----------------------------------------------

—-----------------------------------------------


ỨNG DỤNG

03


Các ứng dụng của Hemicellulose

Vật liệu
đóng gói

Nhiên liệu
sinh học

Vật liệu
hấp phụ


Nhiên liệu sinh học
- Hemicellulose có thể tạo ra các nhiên liệu sinh học như: cồn sinh học, diesel
sinh học và nhiên liệu sinh học hàng không.
- Nhiên liệu được tạo ra bằng cách lên men hemicellulose bằng các vi sinh vật
(Pichiamissitis, Candida shehatae,...), hấp tiệt trùng hemicellulose cùng kiềm,
thủy phân hemicellulose bằng nấm men,...
- Các phương pháp trên thường thu được lượng etanol trong khoảng từ 50 đến
68%.