Nghiên cứu công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất cồn nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ CÔNG THƯƠNG


CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.04/06-10




BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI




“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẢN
XUẤT CỒN NHIÊN LIỆU TỪ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG
NGHIỆP (BIOMASS)”

MÃ SỐ ĐỀ TÀI: KC.04.07/06-10



Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Công nghiệp Thực phẩm
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Vũ Nguyên Thành

Hà nội -2010



BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ CÔNG THƯƠNG

CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.04/06-10



BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI



“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ
SẢN XUẤT CỒN NHIÊN LIỆU TỪ PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG
NGHIỆP (BIOMASS)”

MÃ SỐ ĐỀ TÀI: KC.04.07/06-10

Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì



PGS.TS. Vũ Nguyên Thành PGS.TS. Lê Đức Mạnh

Ban Chủ nhiệm chương trình Bộ Khoa học và Công nghệ

Hà nội -2010


1
VI
ỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
__________________
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Hà nội, ngày 05 tháng 10 năm 2010


BÁO CÁO THỐNG KÊ
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I. THÔNG TIN CHUNG
1. Tên đề tài/dự án:
“Nghiên cứu công nghệ và hệ thống thiết bị sản xuất cồn nhiên liệu từ phế
phụ phẩm nông nghiệp (biomass)”

Mã số đề tài: KC.04.07/06-10
Thuộc: Chương trình: “Nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học”
KC.04/06-10
2. Chủ nhiệm đề tài/dự án:
Họ và tên: Vũ Nguyên Thành
Ngày sinh: 6/9/1968 Nam/Nữ: Nam
Học hàm học vị: Phó Giáo Sư, Tiến Sỹ
Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên chính
Chức vụ: Phó CN Bộ môn Vi sinh
Điện thoại: Cơ quan: 04.35589004
Nhà riêng: 04.3869 8541 Mobile: 0912 390182
Fax: 04.3858 4554 E-mail:
Tên cơ quan đang công tác: Viện Công nghiệp Thực phẩm
Địa chỉ cơ quan: 301-Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội
Địa chỉ nhà riêng: 72/C8, Tập thể Đại học Kinh tế Quốc dân, Hà Nội
3. Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:
Tên tổ chức chủ trì đề tài: Viện Công nghiệp Thực phẩm
Điện thoại: 04.3558 9004 Fax: : 04.3858 4554
E-mail:
Website: www.firi.vn
Địa chỉ cơ quan: 301-Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Lê Đức Mạnh

2
Số tài khoản: 931.01.016 Kho Bạc Nhà Nước Thanh Xuân, Hà nội.
Tên cơ quan chủ quản đề tài: Bộ Công thương

II. TÌNH HÌNH THỰC HIỆN
1. Thời gian thực hiện đề tài/dự án:
- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 4 năm 2007 đến tháng 12 năm 2009

- Thực tế thực hiện: từ tháng 4 năm 2007 đến tháng 6 năm 2010
- Được gia hạn (nếu có):
- Lần 1 từ tháng 4 năm 2007 đến tháng 4 năm 2010
2. Kinh phí và sử dụng kinh phí:
a) Tổng số kinh phí thực hiện: 2370 triệu đồng, trong đó:
+ Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 2370 triệu đồng
+ Kinh phí từ các nguồn khác: 0 tr.đ.
+ Tỷ lệ và kinh phí thu hồi đối với dự án (nếu có): 0
b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH:
Số
TT

Theo kế hoạch Thực tế đạt được Ghi chú
(Số đã được và

đề nghị
quyết toán)
Thời
gian

Kinh phí
VND
Thời
gian

Kinh phí
VND
1 2007 833,300,000

2007 583,000,000

2 2008 963,800,000

2008 925,000,000

401,396,000
3 2009 572,900,000

2009 862,000,000

1,226,402,940


2010

742,200,560



3
c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:
Đối với đề tài:
Đơn vị tính: đồng
Nội dung
Tổng kinh phí được cấp Tổng kinh phí đã chi
Kinh phí
chênh
lệch
Tổng số Khoán chi Tổng số Khoán chi Tổng số

Trả công lao động
(khoa học, phổ
thông)
813.000.000

813.000.000

813.000.000

813.000.000

0

Nguyên, vật liệu,
năng lượng
740.000.000

0

740.000.000

0

0

Thiết bị, máy móc
549.000.000

0

549.000.000

0

0

Xây dựng, sửa
chữa nhỏ
35.000.000

0

35.000.000

0

0

Chi khác
233.000.000

96.000.000

220.305.100

96.000.000

12.694.900

Trong đó đoàn ra

137.000.000


124.305.100


Trích quỹ phát
sự nghiệp



12.694.900

Tổng Cộng
2.370.000.000

909.000.000

2.357.305.100


909.000.000 12.694.900


3. Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:
(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn,
phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn
bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)
Số
TT

Số, thời gian
ban hành văn
bản
Tên văn bản Ghi chú
Quyết định, văn bản của cơ quan quản lý

1 Quyết định số
2092/QĐ-
BKHCN ngày
22/9/2006
Quyết định phê duyệt, Chủ
nhiệm, Cơ quan chủ trì và
kinh phí các đề tài, dự án bắt
đầu thực hiện năm 2006
thuộc Chương trình KHCN
trọng điểm cấp Nhà nước
giai đoạn 2006-2010
“Nghiên cứu phát triển và
ứng dụng công nghệ sinh
học” Mã số KC.04/06-10
Đề tài KC.04.07/06-10: Nghiên
cứu công nghệ và hệ thống thiết
bị sản xuất cồn nhiên liệu từ phế
phụ phẩm nông nghiệp
(biomass)
Chủ nhiệm TS. Vũ Nguyên
Thành
Cơ quan chủ trì: Viện Công
nghiệp Thực phẩm

Kinh phí: 2,370 triệu đồng
2 Hợp đồng số Hợp đồng nghiên cứu khoa
Đ
ề t
ài KC.04.07/06
-
10: Nghiên

4
07/2006/HĐ-
ĐTCT-
KC.04/06-10
ngày12/5/2007
học và phát triển công nghệ cứu công nghệ và hệ thống thiết
bị sản xuất cồn nhiên liệu từ phế
phụ phẩm nông nghiệp
(biomass)
Thời gian thực hiện đề tài 33
tháng từ tháng 4 năm 2007 đến
tháng 12 năm 2009
Kinh phí: 2,370,000,000 VND
3 Quyết định số
1111/QĐ-
BKHCN ngày
13/6/2008
Quyết định về việc cử đoàn
đi công tác nước ngoài
Cử 03 người đi học tập kinh
nghiệm trong lĩnh vực enzyme
tại Thái Lan 29 ngày. Kinh phí:

137 triệu đồng
4 Quyết định
4890/QĐ-BCT
Quyết định về việc cử cán bộ
đi công tác Thái Lan
Cử Nguyễn Thanh Thủy đi Thái
Lan 29 ngày
5 Quyết định số số
2397/QĐ-
BKHCN ngày
28/10/2009
Quyết định về việc cử các
đoàn đi công tác nước ngoài
Cử 01 người đi học tập kinh
nghiệm tại nghiên cứu về lĩnh
vực lên men vi sinh vật tại Hàn
Quốc 29 ngày. Kinh phí:
89,527,900 VNĐ

6 Quyết định số
2398/QĐ-
BKHCN ngày
28/10/2009

Quyết định về việc phê duyệt
kế hoạch đấu thầu mua sắm
thiết bị của đề tài
KC.04.07/06
-
10

Đấu thầu chào hang cạnh tranh
01 hệ thống cất cồn 96% giá
144,000,000 VNĐ
7 Quyết định số
2506/QĐ-
BKHCN ngày
09/11/2009

Quyết định về việc điều
chỉnh thời gian thực hiện của
đề tài KC.04.07/06-10
Thời gian thực hiện đề tài điều
chỉnh: 4/2007 - 4/2010
8 Quyết Định số
5952/QĐ-BCT
ngày 25/11/2009
Quyết định về việc cử cán bộ
đi công tác Hàn Quốc
Cử Đinh Thị Mỹ Hằng đi Hàn
Quốc 29 ngày
V
ăn b
ả
n c
ủa
t
ổ chức chủ tr
ì
đ

ề t
ài

1 Công văn số
147/VTP ngày
14/10/2009
Công văn xin điều chỉnh
đoàn ra
Đề tài đã cử 01 người đi Thái
Lan 29 ngày và đã quyết toán
47,472,400 VNĐ, đề tài xin điều
chỉnh sử dụng số kinh phí còn
lại là 89,527,600 VNĐ để cử 01
ngư
ờ
i đi Hàn Qu
ốc 29 ng
ày

2 Công văn số
148/VTP
ngày14/10/2009

Công văn xin gia hạn thực
hiên đề tài KC.04.07/06-10
Xin gia hạn thời gian thực hiện
đề tài thêm 6 tháng đến hết
tháng 6/2010

3 Công văn số

158/VTP ngày
21/10/2010
Công văn xin đăng ký đấu
thầu thiết bị
Đăng ký đấu thầu 01 hệ thống
cất cồn 96% với kinh phí
144,000,000 VNĐ

4. Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án:

5
T
T
Tên tổ chức
đăng ký theo
Thuyết minh
Tên tổ chức đã
tham gia thực
hiện
Nội dung
tham gia chủ yếu
Sản phẩm chủ
yếu đạt được
1 Viện khoa học lâm
nghi
ệp Việt Nam

Phân lập và sàng lọc chủng
gi
ống l

ên men xylose

Một số chủng
lên men xylose

- Lý do thay đổi: Viện khoa học lâm nghiệp Việt Nam thường xuyên đi công tác
các tỉnh nên dễ dàng lẫu mẫu đa dạng từ nhiều vùng địa lý khác nhau để phân lập.

6
5. Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:
(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá
10 người kể cả chủ nhiệm)
Số
TT
Tên cá
nhân đăng
ký theo
Thuyết
minh
Tên cá
nhân đã
tham gia
thực hiện
Nội dung tham gia
chính
Sản phẩm chủ yếu
đạt được
Ghi
chú
*

1
TS. Vũ
Nguyên
Thành
PGS.TS. Vũ
Nguyên
Thành
Chủ nhiệm đề tài: bao
quát toàn bộ nội dung
nghiên cứu của đề tài
Thiết kế, quản lý hoạt
động của toàn bộ đề
tài

2
PSG. TS.
Ngô Tiến
Hiển
PSG. TS.
Ngô Tiến
Hiển
Cố vấn đề tài Đề xuất, định hướng
nghiên cứu đề tài

3
ThS.
Nguyễn
Thúy
Hường
ThS.

Nguyễn
Thúy
Hường
Nghiên cứu công nghệ
sử lý nguyên liệu
Ứng dụng enzyme công
nghiệp phục vụ thủy
phân nguyên liệu
Công nghệ sử lý
nguyên liệu
Ứng dụng enzyme
công nghiệp phục vụ
thủy phân celluloses

4
TS. Nguyễn
Thị Việt
Anh
TS. Nguyễn
Thị Việt
Anh
Phân lập chủng giống
sinh cellulase
Một số chủng giống
sinh cellulase

5
ThS.
Nguyễn Thị
Hương

Giang
ThS.
Nguyễn Thị
Hương
Giang
Xác chủng giống lên
men glucose và điều
kiện nuôi cấy
Chủng giống lên men
glucose và điều kiện
nuôi cấy

6
ThS. Đinh
Thị Mỹ
Hằng
ThS. Đinh
Thị Mỹ
Hằng
Tuyển chọn chủng
giống thủy phân
cellulose, xác định điều
kiện nuôi cấy.
Xây dựng quy trình
công nghệ lên men
Sản xuất thực nghiệm
cồn nhiên liệu
Chủng giống thủy
phân cellulose, điều
kiện nuôi cấy để sinh

tổng hợp cellulases.
Quy trình công nghệ
lên men


7
ThS.
Dương Anh
Tuấn
ThS. Lê
Thùy Mai
Nghiên cứu thành phần
hệ enzyme ngoại bào,
thử nghiệm tạo chủng
lên sinh enzyme thủy
phân tái tổ hợp
Ứng dụng enzyme
thương phẩm phục vụ
thủy phân nguyên liệu.
Xây d
ựng quy tr
ình
Xác định thành phần
hệ enzyme ngoại bào,
tạo chủng tái tổ hợp
sinh enzyme thủy
phân
Ứng dụng enzyme
thương phẩm phục vụ
thủy phân cellulose

Quy trình công ngh
ệ


7
công nghệ lên men.
Sản xuất thực nghiệm
cồn nhiên liệu
lên men.
8
CN. Đào
Anh Hải
CN. Đào
Anh Hải
Nghiên cứu thiết kế
thiết bị và đặt hàng chế
tạo trọn gói
Sản xuất thực nghiệm
cồn nhiên liệu
Thiết kế thiết bị và
đặt hàng chế tạo trọn
gói


9
KS.
Nguyễn
Thanh
Thủy
ThS.

Nguyễn
Thanh Thủy
Xác định chủng giống
lên men xylose và điều
kiện nuôi cấy
Chủng giống lên men
xylose và điều kiện
nuôi cấy

10
ThS. Khuất
Thị Thủy
ThS. Khuất
Thị Thủy
Nghiên cứu công nghệ
xử lý nguyên liệu.
Ứng dụng enzyme công
nghiệp phục vụ thủy
phân nguyên li
ệu

Công nghệ xử lý
nguyên liệu
Ứng dụng enzyme
công nghiệp phục vụ
th
ủy phân cellulose


- Lý do thay đổi: ThS. Dương Anh Tuấn đi làm nghiên cứu sinh ở nước ngoài

ThS. Lê Thùy Mai làm nghiên cứu sinh tại Viện Công nghiệp
Thực phẩm với đề tài: Ứng dụng công nghệ enzyme và vi sinh
vật trong sản xuất cồn nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp

6. Tình hình hợp tác quốc tế:
Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh phí,
địa điểm, tên tổ chức hợp tác,
số đoàn, số lượng người tham
gia )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian, kinh phí,
địa điểm, tên tổ chức hợp tác,
số đoàn, số lượng người tham
gia )
Ghi
chú*
1
Đoàn Đi Hàn Quốc
Số người 03
Thời gian 21 ngày
Học công nghệ lên men SSF tại
Hàn Quốc
Đoàn đi Thái Lan
Số người: 01 người
Thời gian: 29 ngày từ 22/9/2008
đến 17/10/2008
Địa điểm: Trường Kinh Mong

Kutt, Thonburi, Bangkok, Thái
Lan
Kinh phí 47,472,400 VNĐ
Học tập kinh nghiệm trong lĩnh
vực enzyme
Đoàn đi Hàn Quốc
Số người: 01 người
Thời gian: 29 ngày từ 25/12/2009
đến 22/1/2010
Địa điểm: Trường Dongguk,
Seoul, Hàn Quốc
Kinh phí: 89,527,900 VNĐ


8
Học tập kinh nghiệm tại nghiên
cứu về lĩnh vực lên men vi sinh
vật tại
- Lý do thay đổi (nếu có): Cùng một mức kinh phí đề tài mong muốn tiếp nhận được
nhiều kinh nghiệm hơn trong cả lĩnh vực enzyme và lên men

7. Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:
Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh phí,
địa điểm )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian,
kinh phí, địa điểm )

Ghi chú*
1
- Lý do thay đổi (nếu có):

8. Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:
(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo
sát trong nước và nước ngoài)
Số
TT
Các nội dung, công việc
chủ yếu
(Các mốc đánh giá chủ yếu)
Thời gian
(Bắt đầu, kết thúc
- tháng … năm)
Người,
cơ quan
thực hiện Theo kế
hoạch
Thực tế
đạt được
I
Nghiên cứu quy trình công nghệ
sản xuất cồn nhiên liệu từ phế
phụ phẩm nông nghiệp
11/2009 12/2009 Viện CNTP
1
Nghiên cứu công nghệ xử lý
nguyên liệu
1/2007-

12/2007
4/2007-
12/2007
N.T. Hường, K.T.
Thủy, V.N. Thành
2
Xác định/tạo chủng thủy phân
cellulose và điều kiện nuôi cấy
1/2007-
12/2008
4/2007-
12/2008
Đ.T.M. Hằng,
L.T.Mai, Đ. A. Hải,
N.T.V. Anh,
V. N. Thành
3
Xác định chủng giống lên men
glucose và điều kiện nuôi cấy
1/2007-
12/2008
4/2007-
12/2008
N.T.H. Giang,
N.T.Thủy,
V. N. Thành
4
Xác định chủng giống lên men
xylose và điều kiện nuôi cấy
1/2007-

12/2008
4/2007-
12/2008
N.T.H. Giang,
N.T.Thủy
Đ.A.Hải,
V.N.Thành
5
Nghiên cứu ứng dụng enzyme
phục vụ thủy phân nguyên liệu
1/2008-
12/2008
4/2008-
12/2008
N.T. Hường, K.T.
Thủy, L.T.Mai,

9
Đ.T.M.Hằng,
V. N. Thành
6
Xây dựng quy trình công nghệ lên
men
1/2009-
11/2009
4/2009-
12/2009
L.T.Mai,
Đ.T.M.Hằng,
V. N. Thành

II
Nghiên cứu xây dựng hệ thống
thiết bị sản xuất cồn nhiên liệu
từ phế phụ phẩm nông nghiệp
12/2009 5/2010 Viện CNTP
1
Nghiên cứu thiết kế thiết bị và đặt
hàng chế tạo trọn gói
1/2008-
6/2009
4/2008-
11/2009
Đ.A.Hải, L. H
Điển, V.N. Thành
2
Sản xuất thực nghiệm cồn nhiên
liệu
1/2009-
11/2009
12/2009-
5/2010
Đ.A.Hải, L.T.Mai,
Đ.T.M.Hằng,
V. N. Thành
Tổng kết, báo cáo 12/2009 6/2010
L.T.Mai,
Đ.T.M.Hằng,
V. N. Thành

- Lý do thay đổi (nếu có): Theo Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển

công nghệ số 07/2006/HĐ-ĐTCT-KC.04/06-10 ký ngày 12/5/2007, Đề tài
KC.04.07/06-10 có thời gian thực hiện là 33 tháng, từ tháng 4 năm 2007 đến tháng
12 năm 2009. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện đề tài có thay đổi công nghệ so
với dự tính ban đầu. Cụ thể là dịch thủy phân hemicellulose sẽ không được dùng
cho lên men ethanol theo như kỹ thuật kinh điển. Thay vào đó dịch này sẽ được sử
dụng sản xuất enzyme cellulase và lên men hỗn hợp C5 - C6. Những thay đổi công
nghệ trên tuy phù hợp hơn với xu thế nghiên cứu hiện nay nhưng cũng làm ảnh
hưởng đến tiến độ thiết kế và thi công lắp đặt hệ thống thiết bị thử nghiệm. Vì vậy
Đề tài xin gia hạn thời gian thực hiện thêm 6 tháng cho đến hết tháng 6 năm 2010.

III. SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN
1. Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:
a) Sản phẩm Dạng I:
Số
TT
Tên sản phẩm và chỉ
tiêu chất lượng chủ yếu
Đơn
vị đo
Số lượng
Theo kế
hoạch
Thực tế
đạt được
1 Ethanol từ phế phụ phẩm
nông nghiệp
lít
150
150 154
2 Chủng giống vi sinh vật

thủy phân cellulose
Chủng
01
01 01

10
3 Chủng giống vi sinh vật
lên men sinh ethanol từ
glucose của dịch thủy
phân cellulose
Chủng
03
03 03
4 Chủng giống vi sinh vật
lên men sinh ethanol từ
xylose của dịch thủy phân
hemicellulose
Chủng
02
02 02
5. Hệ thống dây chuyền thiết
bị
Dây
chuyền
01
01 01

b) Sản phẩm Dạng II:
Số
TT

Tên sản phẩm

Yêu cầu khoa học
cần đạt

Ghi
chú

Theo kế hoạch Thực tế
đạt được
1 Phương pháp thủy phân
nguyên liệu thu hồi xylose
từ phế phụ phẩm nông
nghiệp
Có khả năng thủy
phân trên 60%
lượng
hemicellulose
Phương pháp thủy
phân trên 60% lượng
hemicellulose
01
Phương
pháp
2 Phương pháp khử độc dịch
thủy phân hemicellulose
Đảm bảo điều kiện
cho việc ứng dụng
nguyên liệu trong
nuôi cấy vi sinh

vật
Đảm bảo điều kiện
cho việc ứng dụng
nguyên liệu trong
nuôi cấy mấn men
lên men xylose và
nấm mốc sinh
cellulase
01
Phương
pháp
3 Quy trình công nghệ thủy
phân cellulose từ phế phụ
phẩm nông nghiệp bằng vi
sinh vật kết hợp enzyme
Thủy phân được
50% cellulose mỗi
mẻ (sau khi đã loại
bỏ hemicellulose)
Đã thủy phân được
trên 50% cellulose
mỗi mẻ (sau khi đã
loại bỏ
hemicellulose)
01 quy
trình
4 Quy trình công nghệ sản
xuất cồn nhiên liệu từ phế
phụ phẩm nông nghiệp
Có thể sản xuất

cồn 96% từ
nguyên liệu phế
phụ phẩm nông
nghiệp
Đã sản xuất cồn 96%
từ nguyên liệu phế
phụ phẩm nông
nghiệp
02 quy
trình
5 Bản thiết kế thiết bị 02 bản thiết kế
thiết bị (thiết bị
nuôi cấy vi sinh
vật, thiết bị cất
cồn 96)
03 bản thiết kế thiết
bị (thiết kế thiết bị
thủy phân nguyên
liệu, thiết bị nuôi cấy
vi sinh vật, thiết bị
cất cồn 96)
03 bản
vẽ thiết
kế

11
6 Báo cáo khả thi Phân tích khả
năng ứng dụng
công nghệ sản
xuất cồn nhiên

liệu từ phế phụ
phẩm nông nghiệp
Đã phân tích quy
trình công nghệ và
khả năng ứng dụng
công nghệ sản xuất
cồn nhiên liệu từ phế
phụ phẩm nông
nghiệp
01 báo
cáo

c) Sản phẩm Dạng III:
Số
TT
Tên sản phẩm

Yêu cầu khoa học
cần đạt

Số lượng, nơi công
bố
(Tạp chí, nhà xuất
bản)
Theo
kế hoạch
Thực tế
đạt được
Bài báo quốc tế
1 Cloning of a β-glucosidase

Gene (BGL1) from
traditional starter Yeast
Saccharomycosis fibuligera
BMQ 908 and expression in
Pichia pastor
is.

01 Bài báo
quốc tế, đăng
toàn văn tại
tạp chí hoặc
hội nghị
qu
ốc tế

01 Bài báo
quốc tế,
đăng toàn
văn tại tạp
chí hoặc hội
ngh
ị quốc tế

World Acadermy of
Sience Engenering
and Technology. (Đã
được đăng)

Bài báo trong nước
1 Tinh chế peroxidase từ củ cả

i
trắng Raphanus sativus
var
hortensis và ứng dụ
ng trong
xét nghiệm ethanol.
04 bài đăng
đăng toàn
văn tại tạp
chí hoặc hội
nghị trong
nước
Dự kiến có
04 bài báo
đăng toàn
văn tại tạp
chí trong
nước
Tạp chí Công nghệ
Sinh học. (Đã được
chấp nhận đăng).

2 Phân lập và sàng lọc nấm
men có khả năng lên men D-
xylose từ thiên nhiên Việt
Nam.
Tạp chí Công nghệ
Sinh học (Đã được
chấp nhận đăng)
3 Nghiên cứu tiền xử lý bã mía

và ứng dụng trong sản xuất
c
ồ
n nhiên li
ệ
u
.

Tạp chí Khoa học và
Công nghệ (Đã được
ch
ấp nhận
đăng
)

4 Nghiên cứu sử dụng dịch
thủy phân hemicellulose
trong sản xuất enzyme
cellulases bằng Aspergillus
niger FEC130
Tạp chí Công Nghiệp

(Đã nộp)
Báo cáo hội nghị khoa học
trong nước

1 Lựa chọn các chủng nấm
mốc sinh cellulase cho sản
xu
ấ

t c
ồ
n nhiên li
ệ
u

02 bài trong
Hội nghị
khoa học
trong nước
06 bài trong
Hội nghị
khoa học
Quốc tế
International meeting

“Bio- ethanol: Status
and Future” Trường
Hanoi, University of
Technology 25-
27/03/2009
2 Lựa chọn chủng giống có
khả năng chịu nhiệt, chịu
chất sát trùng ứng dụng trong
s
ả
n xu
ấ
t c
ồ

t
ừ

s
ắ
n lát.


12
3 Sản xuất cồn nhiên liệu từ bã
mía bằng enzyme thương
phẩm và công nghệ lên men
đ
ồ
ng th
ờ
i (SSF)


4 Phát triển phương pháp phân
tích cồn vi lượng bằng
enzyme

5 Phát triển phương pháp phân
tích cồn vi lượng bằng
enzyme
6 Production of fuel ethanol
from sugarcane bagasse
The 5

th
international
seminar on the green
Enviromental
Technology between
KENTEC and
NACENTECH
20/8/2010

d) Kết quả đào tạo:
Số
TT
Cấp đào tạo, Chuyên
ngành đào tạo
Số lượng
Ghi chú
(Thời gian kết
thúc)
Theo kế hoạch Thực tế đạt
được
1 Thạc sỹ 02 03 2008
2 Tiến sỹ 01 01 2010

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đối với giống cây
trồng:
Số
TT
Tên sản phẩm
đăng ký
Kết quả

Ghi chú
(Thời gian kết
thúc)
Theo
kế hoạch
Thực tế
đạt được
1
Chủng nấm men tái tổ hợp sinh
enzyme -glucosidase ngoại bào
01 01 2010

e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế
Số
TT
Tên kết quả
đã được ứng dụng
Thời gian
Địa điểm
(Ghi rõ tên, địa
chỉ nơi ứng
dụng)
Kết quả
sơ bộ
1

2. Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:
a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

13

(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ
công nghệ so với khu vực và thế giới…)
Đề tài đã góp phần làm sáng tỏ những thuận lợi và khó khăn trong công nghệ
sản xuất cồn nhiên liệu từ phế phụ phẩm nông nghiệp và đưa ra những định hướng
rõ ràng trong nghiên cứu lâu dài. Kinh nghiệm nghiên cứu trong lĩnh vực enzyme,
vi sinh, công nghệ tạo vi sinh vật tái tổ hợp được cải thiện.
Mặc dù sản xuất cồn nhiên liệu từ lignocellulose chưa thực sự kinh tế, tuy
nhiên xét về góc độ môi trường, những thành quả của đề tài có thể áp dụng trong
tận thu nguyên liệu giàu cellulose làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hiện nay
công ty TNHH MTV Phước Hưng, Bình Phước đã đề xuất phối hợp với đề tài
trong việc tìm kiếm giải pháp tận thu bã sắn phục vụ sản xuất cồn, giảm thiểu chất
thải ra môi trường.
b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:
(Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do đề tài, dự án tạo ra so với các sản phẩm
cùng loại trên thị trường…)
Việt Nam đang hòa nhập vào xu thế của thế giới và có những bước đi mạnh
mẽ trong lĩnh vực ứng dụng nhiên liệu sinh học, và đặc biệt là cồn nhiên liệu. Nhu
cầu thị trường về cồn nhiên liệu là rất lớn và không giới hạn quốc gia. Với ưu thế
sử dụng một nguồn nguyên liệu rẻ và thực sự dồi dào, cồn nhiên liệu từ phế phụ
phẩm nông nghiệp thực sự sẽ có một tương lai tốt đẹp. Tuy nhiên hiện nay giá
thành sản xuất cồn nhiên liệu từ lignocellulose của đề tài và trên thế giới đều chưa
có khả năng cạnh tranh với các nguồn nguyên liệu khác. Theo đánh giá của giới
khoa học quốc tế sản phẩm sẽ có khả năng thương mại sau 10-15 năm.

14
3. Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:
Số
TT
Nội dung
Thời gian

thực hiện
Ghi chú
(Tóm tắt kết quả, kết luận chính, người
chủ trì…)
I Báo cáo định kỳ
Lần 1 10/2007 Đề tài được triển khai theo đúng tiến độ

L
ần 2

3
/2008

Đ
ề t
ài đư
ợc triển khai theo đúng

ti
ến độ

Lần 3 3/2009
Đề tài được triển khai theo đúng tiến độ.
Lần4 10/2009 Về tổng thể đề tài được thực hiện với đầy đủ
các nội dung và chất lượng đã đăng ký. Do
một số đề xuất mới trong công nghệ, tiến độ
của đề tài bị chậm lại ở khâu thiết kế và thi
công lắp đặt hệ thống thiết bị thử nghiệm. Vì
vậy đề tài xin gia hạn thời gian thực hiện
thêm 6 tháng (cho tới hết tháng 6 năm 2010)

với tổng kinh phí không thay đổi.
II Kiểm tra định kỳ

L
ần 1

09/11/2007

Đ
ề t
ài th
ực hiện đúng tiến độ

Lần 2 05/06/2008 Đề tài đạt được mục tiêu đề ra, hoàn thành
đúng ti
ến độ

Lần 3 15/4/2009 Đề tài đã thực hiện hầu hết các nội dung theo
đăng ký. Đẩy nhanh tiến độ phần thiết kế và
đặt hang thiết bị, tập trung vào mục tiêu và
sản phẩm cuối cùng
Lần 4 20/11/2009 Đề tài đã hoàn thành cơ bản các nội dung và
sản phẩn đăng ký, đề tài đã thực hiện chậm
tiến độ và được Bộ KHCN phê duyệt kéo dài
thêm 4 tháng.
Cơ quan chủ trì đốc thúc chủ nhiệm đề tài
khẩn trương hoàn thành đề tài, tập trung giải
quyết nội dung chế tạo thiết bị và sản xuất thử
nghi
ệm cồn

III Nghiệm thu cơ sở 16/7/2010 Mức độ đánh giá đat.
Đ
ủ điều kiện bảo vệ cấp nh
à nư
ớc

IV Nghiệm thu cấp
nhà nước
17/9/2010
25/9/2010
Mức độ đánh giá loại khá.

Chủ nhiệm đề tài
(Họ tên, chữ ký)






PGS.TS. Vũ Nguyên Thành
Thủ trưởng tổ chức chủ trì
(Họ tên, chữ ký và đóng dấu)

PGS.TS. Lê Đức Mạnh
1

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6
DANH MỤC CÁC HÌNH 7
DANH MỤC CÁC BẢNG 10
MỞ ĐẦU 12
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 14
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CỒN NHIÊN LIỆU 14
1.1.1. Xu thế phát triển công nghiệp cồn nhiên liệu 14
1.1.2. Công nghệ sản xuất ethanol 15
1.1.3. Tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu toàn cầu 16
1.1.4. Sản xuất và nghiên cứu ethanol ở Việt Nam 19
1.2. QUY TRÌNH XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU 22
1.2.1. Nguyên liệu sản xuất cồn nhiên liệu 22
1.2.2. Sản xuất ethanol từ phế phụ phẩm nông nghiệp 23
1.2.3. Phương pháp thủy phân nguyên liệu 26
1.2.3.1. Tiền xử lý nguyên liệu bằng axit đặc 26
1.2.3.2. Tiền xử lý nguyên liệu bằng axit loãng 27
1.2.3.3. Thủy phân nguyên liệu bằng enzyme 28
1.2.3.4. Khử độc dịch thủy phân hemicellulose 29
1.3. ENZYME CELLULASE VÀ VI SINH VẬT PHÂN HỦY CELLULOSE 30
1.3.1. Lịch sử phát hiện cellulase 30
1.3.2. Vi sinh vật phân hủy cellulose 31
1.3.2.1. Nấm mốc (nấm sợi) 32
1.3.2.2. Vi khuẩn 32
1.3.2.3. Xạ khuẩn 33

1.3.3. Giới thiệu cellulase 33
1.3.3.1. Phân loại cellulase 33
1.3.3.2. Hoạt động phân giải cellulose 34
1.3.3.3. Các yếu tố điều hoà hoạt động cellulase 36
1.3.4. Sinh học phân tử cellulase 36
1.3.4.1. Cấu trúc gene mã hoá cellulase 37
1.3.4.2. Cơ chế điều hoà sinh tổng hợp cellulase 38
1.3.4.3. Enzyme cellulase tái tổ hợp 40
1.3.5. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng cellulase 43
1.4. VI SINH VẬT LÊN MEN GLUCOSE 43
1.4.1. Vi sinh vật lên men glucose thành ethanol 43
1.4.2. Một số chủng vi sinh vật ứng dụng sản xuất cồn nhiên liệu 44
1.4.2.1.Nấm men 44
1.4.2.2.Vi khuẩn 45
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến vi sinh vật lên men glucose 46
1.5. VI SINH VẬT LÊN MEN XYLOSE 48
1.5.1. Vi sinh vật lên men sinh ethanol từ xylose 48
1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình lên men xylose 49
1.6. ENZYME THỦY PHÂN CELLULOSE 51
1.6.1. Quá trình thủy phân nguyên liệu bằng hóa chất kết hợp enzyme 51
1.6.2. Giới thiệu một số enzyme thương phẩm sử dụng trong thuỷ phân cellulose 52
1.6.3. Cơ chế xúc tác hoá học của enzyme cellulase 52
1.6.4. Động học enzyme cellulase 54
2

1.6.4.1. Đặc hiệu cơ chất 54
1.6.4.2. Hoạt động phối hợp của các enzyme cellulase 55
1.6.4.3. Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ 56
1.7. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ LÊN MEN ETHANOL NHIÊN LIỆU 56
1.7.1. Giới thiệu các quy trình lên men 56

1.7.1.1. Lên men riêng rẽ SHF 56
1.7.1.2. Quy trình lên men đồng thời SSF 57
1.7.1.3. Quy trình lên men liên tục NSSF 58
1.7.1.4. Quy trình lên men đồng thời đường 5 và 6 cacbon SSCF 59
1.7.1.5. Quy trình lên men đồng thời sinh tổng hợp enzyme cellulase CBP 60
1.7.2. Tác động của các yếu tố đến quá trình lên men 62
CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 64
2.1. NGUYÊN LIỆU 64
2.1.1. Chủng vi sinh vật 64
2.1.2. Bã mía và enzyme 64
2.1.3. Nguồn mẫu phân lập 64
2.1.4. Hoá chất 64
2.1.5. Plasmid và mồi PCR 65
2.1.6. Môi trường nuôi cấy và dung dịch đệm 65
2.1.6.1. Môi trường nuôi cấy 65
2.1.6.2. Dung dịch đệm 67
2.1.7. Thiết bị 68
2.2. PHƢƠNG PHÁP 68
2.2.1. Phân lập nấm men lên men glucose 68
2.2.2. Phân lập tuyển chọn các chủng nấm men lên men xylose 68
2.2.7. Phương pháp phân lập nấm mốc 69
2.2.3. Thử khả năng chuyển hóa xylose thành ethanol 70
2.2.4. Quan sát hình thái tế bào 70
2.2.5. Xây dựng phương pháp xác định nhanh ethanol trong dịch lên men 70
2.2.5.1. Tinh chế peroxidase từ củ cải trắng phục vụ xét nghiệm ethanol 70
2.2.5.2. Xác định nồng độ ethanol bằng phản ứng oxidase-peroxidase 71
2.2.6. Đánh giá khả năng lên men ở nhiệt độ cao của nấm men 72
2.2.8. Phương pháp xác định mật độ tế bào trên đĩa thạch 72
2.2.9. Phương pháp tách chiết celulase 72
2.2.10. Phương pháp xác định đường khử Somogyi – Nelson 73

2.2.11. Phương pháp nghiên các yếu tố ảnh hưởng nấm mốc 75
2.2.12. Điện di protein SDS-PAGE và Zymogram 75
2.2.13. Tách chiết DNA 77
2.2.14. Phân tích trình tự DNA 78
2.2.15. Phản ứng PCR 78
2.2.16. Xác định trình tự gene 79
2.2.17. Ghép nối plasmid 79
2.2.18. Biến nạp DNA vào vật chủ 79
2.2.19. Tuyển chọn dòng mang gene biến nạp 81
2.2.20. Biểu hiện gene trên P. pastoris 81
2.2.21. Phương pháp sắc ký lỏng cao áp HPLC 81
2.2.22. Phương pháp xác định các điều kiện tiền xử lý 82
2.2.23. Phương pháp thủy phân bã mía bằng enzyme 82
2.2.24. Phương pháp lên men cồn SSF 83
2.2.25. Phương pháp cất cồn 83
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 85
3

3.1. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU 85
3.1.1. Khảo sát và lựa chọn nguyên liệu 85
3.1.1.1. Sản xuất lúa gạo và hiện trạng sử dụng phế phụ phẩm 85
3.1.1.2. Công nghiệp mía đường và hiện trạng sử dụng phế phụ phẩm. 86
3.1.1.3. Phế phụ phẩm từ cây ngô và hiện trạng sử dụng. 88
3.1.1.4. Thành phần hóa học của các phế phụ phẩm nông nghiệp 88
3.1.2. Nghiên cứu quy trình xử lý bã mía 89
3.1.2.1. Tác động của các chế độ tiền xử lý đối với nguyên liệu bã mía 89
3.1.2.2 Ảnh hưởng của chế độ tiền xử lý lên khả năng thủy phân và lên men bã mía 90
3.1.2.3.Tiền xử lý cơ học kết hợp hóa học 92
3.1.3. Nghiên cứu điều kiện khử độc nguyên liệu sau xử lý 94
3.1.3.1. Phân tích các sản phẩm trung gian tạo ra trong quá trình tiền xử lý 94

3.1.3.2. Xác định phương pháp khử độc nguyên liệu 95
3.1.4. Quy trình xử lý bã mía và khử độc dịch thủy phân 96
3.2. NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN LẬP CHỦNG SINH CELLULASE 97
3.2.1. Tuyển chọn chủng giống thủy phân cellulose 97
3.2.1.1. Xác định kỹ thuật định lượng hoạt tính enzyme cellulase 97
3.2.1.2. Phân lập nấm mốc sinh cellulase ngoại bào 100
3.2.1.3. Nghiên cứu thành phần enzyme ngoại bào nấm mốc 104
3.2.1.4. Định tên một số nấm mốc bằng giải trình tự gene 26S rDNA 107
3.2.2. Nghiên cứu đặc điểm và điều kiện nuôi cấy chủng A. niger FEC130 110
3.2.2.1. Thử nghiệm nuôi cấy A. niger FEC130 trên dịch thủy phân hemicellulose 110
3.2.2.2. Xác định điều kiện nuôi cấy A. niger FEC130 114
3.2.2.3. Thử nghiệm tinh chế cellulase ngoại bào 116
3.2.2.4. Khảo sát gene mã hóa cellulase và xylanase trong A. niger FEC130 118
3.2.3. Thử nghiệm tạo chủng sinh enzyme thủy phân tái tổ hợp 121
3.2.3.1. Thiết kế mồi PCR 121
3.2.3.2. Tách dòng bằng PCR và biến nạp vào E. coli 126
3.2.3.3. Giải trình tự gene mã hóa enzyme β-glucosidase 129
3.2.3.4. Chuyển gene tách dòng vào vật chủ biểu hiện 133
3.2.3.5. Biến nạp vector biểu hiện pPICZA/BGL1 vào P. pastoris 133
3.2.3.6. Thể hiện gene mã hóa hóa enzyme và đánh giá hoạt tính 136
3.2.4.7. Tuyển chọn một số chủng có hoạt tính cellobiase cao 137
3.2.3.8. Tuyển chọn chủng mang gene đa bản BGL1 138
3.3. CHỦNG GIỐNG LÊN MEN GLUCOSE VÀ ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY 142
3.3.1. Phân lập chủng giống nấm men chịu nhiệt 142
3.3.2. Khảo sát khả năng chịu nhiệt của một số chủng nấm men trong STG 145
3.3.3. Đánh giá khả năng lên men một số chủng tiềm năng 149
3.3.4. Định tên các chủng lựa chọn bằng giải trình tự gene 26S rDNA 152
3.4. PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN CHỦNG LÊN MEN XYLOSE 154
3.4.1. Xây dựng phương pháp xác định nhanh ethanol trong dịch lên men 154
3.4.1.1. Tinh chế peroxidase từ củ cải trắng phục vụ xét nghiệm ethanol 154

3.4.1.2. Ứng dụng peroxidase thu nhận được trong xác định ethanol 156
3.4.2. Phân lập chủng nấm men lên men ethanol từ xylose từ tự nhiên 158
3.4.2.1. Tuyển chọn các chủng lên men xylose 158
3.4.2.2. Phân loại định tên các chủng lên men xylose 161
3.4.3. Nghiên cứu điều kiện lên men của Candida shehatae CBS 5813 trên dịch tiền xử lý bã
mía 169
3.4.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ 169
3.4.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của cao nấm men 169
3.4.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ lắc 170
4

3.4.4. Đánh giá khả năng lên men hỗn hợp xylose-glucose 171
3.5. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYME THƢƠNG PHẨM 173
3.5.1. Lựa chọn enzyme công nghiệp và xác định đặc tính 173
3.5.1.1. Lựa chọn enzyme công nghiệp phụ trợ 173
3.5.1.2. Khả năng lên men cồn của dịch thủy phân bằng enzyme phụ trợ 174
3.5.2. Xác định điều kiện làm việc của các enzyme 175
3.5.2.1. Lựa chọn dung dịch đệm thích hợp cho quá trình thuỷ phân 175
3.5.2.2. Lựa chọn nồng độ đệm Natri acetate tối ưu 175
3.5.2.3. Ảnh hưởng nhiệt độ đến hoạt động của enzyme 176
3.5.2.4. Ảnh hưởng của pH đến hoạt động của enzyme 176
3.5.2.5. Thời gian thủy phân 177
3.6. XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ LÊN MEN 177
3.6.1. Xác định các điều kiện lên men đồng thời SSF 178
3.6.1.1. Nghiên cứu điều kiện sử dụng enzyme cellulase trong lên men SSF 178
3.6.1.2. Nghiên cứu điều kiện nhiệt độ lên men 181
3.6.1.3. Nghiên cứu điều kiện dinh dưỡng 183
3.6.1.4. Ảnh hưởng của lượng giống tiếp 185
3.6.2. Đánh giá tương tác vi sinh trong quá trình lên men SSF 185
3.6.2.1. Tác động của dịch nấm mốc FEC 130 đến nấm men CNTP 7028 186

3.6.2.2. Ảnh hưởng của enzyme thương phẩm đến nấm men CNTP 7028 187
3.6.2.3. Ảnh hưởng của đệm đến nấm men CNTP 7028 188
3.6.3. Xác định phương pháp tái sử dụng nguyên liệu 188
3.6.3.1. Tái sử dụng bã mía 189
3.6.3.2. Tái sử dụng enzyme 190
3.6.3.3. Tái sử dụng nấm men 191
3.6.4. Đánh giá tác động ức chế ngược trong quá trình lên men 192
3.6.5. Đánh giá khả năng kết hợp SHF và SSF 194
3.6.5.1. Xác định hiệu suất lên men SHF 194
3.6.5.2. Xác định hiệu suất lên men SSF 196
3.6.5.3. Đánh giá khả năng kết hợp SSF và SHF 198
3.6.6. Khảo sát ứng dụng enzyme vi sinh vật trong lên men SSF 199
3.6.6.1. Lên men SSF sử dụng enzyme nấm mốc A. niger FEC130 199
3.6.6.1. Thử nghiệm bổ sung enzyme tái tổ hợp trong lên men SSF 200
3.7. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ 204
3.7.1.Nghiên cứu thiết kế thiết bị thủy phân 204
3.7.1.1. Quy trình và đặc điểm của thiết bị thủy phân 204
3.7.1.2. Thiết kế kỹ thuật thiết bị thủy phân 205
3.7.1.3. Chế tạo thiết bị thủy phân 208
3.7.2. Thiết kế và chế tạo thiết bị lên men 211
3.7.2.1. Quy trình lên men và đặc điểm của thiết bị lên men 211
3.7.2.2. Thiết kế kỹ thuật thiết bị lên men 212
3.7.2.3. Chế tạo thiết bị lên men 214
3.7.3. Nghiên cứu thiết kế thiết bị cất cồn 218
3.7.3.1. Thiết kế kỹ thuật của hệ thống tháp chưng luyện 218
3.7.3.2. Chế tạo hệ thống tháp chưng luyện 223
3.8. SẢN XUẤT THỰC NGHIỆM CỒN NHIÊN LIỆU 227
3.8.1. Vận hành hệ thống thiết bị 227
3.8.1.1. Danh mục và hệ thống dây truyền các thiết bị 227
3.8.1.2. Vận hành hệ thống dây chuyền thiết bị 230

3.8.2. Hiệu chỉnh các thông số kỹ thuật 233
3.8.3. Thuyết minh quy trình sản xuất cồn nhiên liệu 235
5

3.8.4. Sản xuất thực nghiệm cồn nhiên liệu từ bã mía 237
3.8.5. Phân tích đánh giá chất lượng sản phẩm 239
3.8.5.1.Chất lượng của cồn nhiên liệu từ bã mía. 239
3.8.5.2.Tính toán giá thành sản phẩm 241
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 244
TÀI LIỆU THAM KHẢO 246
PHỤ LỤC 254
Phụ lục 1. Kết quả giải trình tự của một số chủng nấm mốc 254
Phụ lục 2. Trình tự 26S rDNA của các chủng nấm men lên men xylose 257

6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
A
Adenine
Aa
Amino acid
AOX
Alcohol oxidase
Asp
Aspartate
Bp
base pair
CB
Cellobiase
CBP
Consolidated bioprocessing
CBS
Centraalbureau voor Schimmelcultures (Hà Lan)
DMC
Direct Microbial Conversion
DNA
Deoxyribonucleic acid
E

Enzyme
EDTA
Acid Etylen Diamin Tetra Axetic
G
Guanine
Glu
Glutamate
GOD
Glucose oxidase
HRP
Horse radish peroxidase
IU
International Unit
Kb
Kilo base
kDa
Kilo dalton
MCS
Multiple Cloning Site
ME
Malt extract
MTBE
Methyl t-butyl ether
NSSF
Nonisothermal Simultaneous Saccharification and Fermentation
OD
Optical Density
P
Product
PCR

Polymerase chain reaction
S
Substrate
SDS- PAGE
Sodium Dodecyl Sulphate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis
SHF
Separate hydrolysis and fermentation
SSCF
Simultaneous Saccharification and CoFermentation
SSF
Simultaneous Saccharification and Fermentation
STG
Sưu Tập Giống (Vi sinh vật Công nghiệp thực phẩm)
T
Tiamine
TMB
3,3‟,5,5‟-tetramethylbenzidine
YE
Yeast extract
YNB
Yeast nitrogen base with ammonium sulfate without amino acids
7

DANH MỤC CÁC HÌNH
Stt
Hình
Nội dung
1
Hình 1.1.
Hiện trạng sử dụng ethanol trong các hoạt động kinh tế xã hội [136]

2
Hình 1.2.
Sản xuất ethanol bằng phương pháp hóa học của một số công ty
3
Hình 1.3.
Sản lượng ethanol của một số quốc gia [136]
4
Hình 1.4.
Trao đổi thương mại ethanol giữa các quốc gia trên thế giới
5
Hình 1.5.
Cấu trúc lignocellulose trước và sau quá trình tiền xử lý
6
Hình 1.6.
Cấu tạo các thành phần chính trong lignocellulose
7
Hình 1.7.
Hiệu quả của sản xuất ethanol từ một số nguyên liệu
8
Hình 1.8.
Quy trình xử lý nguyên liệu bằng axit đặc
9
Hình 1.9.
Quy trình xử lý nguyên liệu bằng axit loãng
10
Hình 1.10.
Mô hình chung lên men SHF
11
Hình 1.11.
Cấu trúc bậc bốn của cellulase có nguồn gốc từ T. reesei

12
Hình 1.12.
Một số vi sinh vật điển hình có khả năng sinh tổng hợp cellulase
13
Hình 1.13.
Hoạt động xúc tác của các cellulase trên cơ chất cellulose
14
Hình 1.14.
Một số cụm gene mã hóa enzyme cellulase ở vi khuẩn
15
Hình 1.15.
Cấu trúc của một operon
16
Hình 1.16.
Hoạt động thủy phân cellulose của các enzyme cellulase
17
Hình 1.17.
Mô hình cơ chế chuyển hoá vị trí nhóm OH
18
Hình 1.18.
Mô hình cơ chế duy trì nhóm OH
19
Hình 1.19.
Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH lên hoạt tính của cellulase
20
Hình 1.20.
Mô hình lên men riêng rẽ SHF
21
Hình 1.21.
Mô hình lên men đồng thời SSF

22
Hình 1.22.
Mô hình lên men liên tục NSSF
23
Hình 1.23.
Mô hình lên men đồng thời đường 5 và 6 cacbon SSCF
24
Hình 1.24.
Mô hình lên men đồng thời sinh tổng hợp cellulase CBP
25
Hình 1.25.
Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến hiệu suất lên men
26
Hình 1.26.
Ảnh hưởng của nồng độ enzyme cellulase đến hiệu suất lên men
27
Hình 1.27.
Ảnh hưởng của nồng độ nấm men đến hiệu suất lên men
28
Hình 2.1.
Đồ thị đường chuẩn glucose theo phương pháp Somogyi - Nelson.
29
Hình 2.2.
Mô hình tiền xử lý bã mía bằng hóa chất và nhiệt độ
30
Hình 2.3.
Mô hình kết hợp tiền xử lý bã mía bằng hóa chất và thủy phân bằng enzyme
31
Hình 2.4.
Bộ cất cồn phòng thí nghiệm Salleron Dujardin

32
Hình 3.2.22.
Kết quả PCR colony của 16 khuẩn lạc
33
Hình 3.2.23.
Cắt giới hạn các plasmid tái tổ hợp
34
Hình 3.2.24.
Plasmid tách chiết từ dòng tái tổ hợp K2
35
Hình 3.2.25.
Sơ đồ các đoạn gene đã được giải trình tự
36
Hình 3.2.26.
So sánh độ tương đồng của đoạn gene pPICZαA-BGL1 tại vị trí ghép nối
37
Hình 3.2.27.
So sánh độ tương đồng của đoạn gene BGL1-pPICZaA tại vị trí ghép nối.
38
Hình 3.2.28.
So sánh độ tương đồng các đoạn gene BGL1 (K2), BGL1 (M22475) và BGL1
(FJ028723)
39
Hình 3.2.29.
So sánh độ tương đồng các trình tự protein mã hóa bởi gene BGL1 (K2),
BGL1 (M22475) và BGL1 (FJ028723)
40
Hình 3.2.30.
Sản phẩm cắt vector pPICZaA/BGL1 bằng enzyme Pme I
8

41
Hình 3.2.31.
Các khuẩn lạc P. pastoris KM71H và X-33 sau biến nạp
42
Hình 3.2.32.
Sản phẩm PCR sử dụng khuôn DNA của các thể biến nạp.
43
Hình 3.2.33.
Hoạt tính cellobiase của 92 dòng tái tổ hợp X-33/pPICZaA/BLG1.
44
Hình 3.2.34.
Hoạt tính cellobiase của 158 dòng tái tổ hợp KM71H/ pPICZaA/BLG1.
45
Hình 3.2.35.
So sánh hoạt tính cellulase của các chủng tái tổ hợp
46
Hình 3.2.36.
Biểu đồ so sánh hoạt lực cellulase giữa các chủng tái tổ hợp
47
Hình 3.2.37.
Mô hình biến nạp đa bản
48
Hình 3.2.38.
Khả năng sinh trưởng trên nồng độ zeocin cao
49
Hình 3.2.39.
Chọn lọc cấp hai các chủng kháng zeocin cao
50
Hình 3.2.40.

Đồ thị biểu diễn khả năng sinh tổng hợp BGLI của chủng MK4
51
Hình 3.3.1.
Quan sát hình dạng khuẩn lạc chủng JHT 15 trên kính hiển vi
52
Hình 3.3.2.
Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng tạo cồn của chủng CNTP 7028
và JHT 15.
53
Hình 3.3.3.
Nghiên cứu khả năng phát triển của các chủng nấm men ở nhiệt độ cao từ 37
° C đến 43 °C theo phương pháp đánh dấu đĩa.
54
Hình 3.3.4.
Đồ thị biểu diễn khả năng lên men cồn ở nhiệt độ khác nhau
55
Hình 3.3.5.
Sản phẩm PCR sử dụng mồi ITS1- NL4.
56
Hình 3.4.1.
Tinh sạch peroxidase từ củ cải trắng qua cột trao đổi ion DEAE Sepharose
57
Hình 3.4.2.
Phổ rửa dải peroxidase từ củ cải trắng qua cột lọc gel Superdex 200 (trái).
58
Hình 3.4.3.
Đường chuẩn thể hiện mối tương quan giữa mật độ quang học (OD
450 nm
) của
hỗn hợp sau phản ứng và nồng độ ethanol trong mẫu.

59
Hình 3.4.4.
So sánh tương quan kết quả phân tích độ cồn bằng phương pháp enzyme và
phương pháp đo nhiệt độ sôi.
60
Hình 3.4.5.
Hình ảnh định tính khả năng lên men ethanol từ xylose của một số chủng nấm
men.
61
Hình 3.4.6.
Hình thái tế bào một số chủng nấm men phân lập
62
Hình 3.4.7.
Phân nhóm các chủng nấm men lên men xylose dựa trên phổ PCR-
fingerprinting sử dụng mồi ADN vệ tinh MST2.
63
Hình 3.4.8.
Phổ fingerprinting của các chủng nấm men có khả năng chuyển hóa xylose
thành ethanol.
64
Hình 3.4.9.
Phân bố số lượng các chủng nấm men phân lập có khả năng sinh ethanol từ
xylose.
65
Hình 3.4.10.
Đại diện sinh ethanol cao nhất (đơn vị %, v/v) trong các loài/nhóm khảo sát
66
Hình 3.4.11.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng lên men của C. shehatae CBS 5813.
67

Hình 3.4.12.
Ảnh hưởng của cao nấm men đến khả năng lên men của C. shehatae CBS
5813
68
Hình 3.4.13.
Hình ảnh thí nghiệm về ảnh hưởng của cao nấm men đến khả năng lên men
của C. shehatae CBS 5813.
69
Hình 3.4.14.
Ảnh hưởng của chế độ lắc đến đến khả năng lên men của C. shehatae CBS
5813
70
Hình 3.5.1.
Hàm lượng cồn trong các mẫu sử dụng enzyme thương phẩm
71
Hình 3.5.2.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động phối hợp enzyme NS50013 và
NS50010
72
Hình 3.5.3.
Ảnh hưởng của pH đến hoạt động phối hợp enzyme NS50013 và NS50010
73
Hình 3.5.4.
Hiệu suất thủy phân theo thời gian
74
Hình 3.6.1.
Khảo sát khả năng thủy phân bã mía của enzyme NS50013 ở các nồng độ
khác nhau
75
Hình 3.6.2.

Sự biến thiên vận tốc phản ứng enzyme NS50010 phụ thuộc vào nồng độ
9

cellobiose
76
Hình 3.6.3.
Hiệu quả thủy phân phối hợp hai enzyme NS50013 và NS50010
77
Hình 3.6.4.
Kết quả lên men đồng thời SSF với các tỉ lệ enzyme bổ sung khác nhau
78
Hình 3.6.5.
Hiệu suất lên men ethanol ở các nhiệt độ khác nhau
79
Hình 3.6.6.
Ảnh hưởng của lượng giống tiếp đến quá trình lên men SSF
80
Hình 3.6.7.
Quy trình lên men SSF từ bã mía
81
Hình 3.6.8.
Sơ đồ tái sử dụng các thành phần sau lên men
82
Hình 3.6.9.
Hiệu quả của các phương pháp tái sử dụng bã mía
83
Hình 3.6.10.
Ảnh hưởng của bổ sung cơ chất đến quá trình lên men
84
Hình 3.6.11.

Ảnh hưởng của thành phần cao nấm men bổ sung đến hiệu suất lên men
85
Hình 3.6.12.
Ảnh hưởng các yếu tố đến lên men SSF
86
Hình 3.6.13.
Kết quả thủy phân enzyme và so sánh hiệu suất lên men SHF và SSF
87
Hình 3.6.14.
Cải tiến dụng cụ lên men bằng bình giảm áp
88
Hình 3.6.15.
Động học quá trình lên men SSF theo thời gian
89
Hình 3.6.16.
Khảo sát hiệu suất lên men ở nồng độ cơ chất khác nhau
90
Hình 3.6.17.
So sánh lên men SSF và kết hợp SHF+SSF
91
Hình 3.6.18.
Thử nghiệm bổ sung enzyme nấm mốc trong lên men SSF
92
Hình 3.6.19.
Thử nghiệm bổ sung enzyme tái tổ hợp β-glucosidase trong lên men tạo
ethanol
93
Hình 3.6.20.
Quy trình sản xuất cồn nhiên liệu từ bã mía
94

Hình 3.7.1.
Quy trình tiền xử lý bã mía bằng axit, kiềm và nhiệt độ.
95
Hình 3.7.2.
Quy trình lên men đồng thời tạo ethanol từ bã mía (SSF)
96
Hình 3.7.3.
Một số hình ảnh về thiết bị lên men cồn nhiên liệu
97
Hình 3.8.1.
Một số thiết bị phục vụ lên men cồn nhiên liệu.
98
Hình 3.8.2.
Một số hình ảnh vận hành thiết bị thủy phân và lên men.
99
Hình 3.8.3.
Một số hình ảnh tháp chưng cất cồn.
100
Hình 3.8.4.
Quy trình công nghệ lên men SSF trên quy mô pilot
101
Hình 3.8.5.
Cơ cấu chi phí trong sản xuất cồn nhiên liệu từ bã mía.