Lựa chọn chủng vi sinh vật cho quá trình thủy phân và lên men

Luận văn Thạc sỹ 07- 09 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên
Nguyễn Thị Hằng Nga







Cao học Môi trường K15


MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG
MỞ ĐẦU................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU............................................................... 4
1.1. Sinh khối và nhiên liệu sinh học ..................................................................... 4
1.1.1. Khái niệm..................................................................................................... 4
1.1.2. Các dạng nhiên liệu sinh học ....................................................................... 4
1.1.3. Những lợi ích khi sử dụng nhiên liệu sinh học ........................................... 5
1.2. Etanol sinh học................................................................................................ 6
1.2.1. Tính chất lý hoá học của etanol ................................................................... 6
1.2.2. Phương pháp sản xuất etanol sinh học......................................................... 7
1.2.3. Tình hình sản xuất và sử dụng etanol sinh học ............................................ 17
1.3. Sản xuất nông nghiệp và thực trạng sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp
ở Việt Nam ........................................................................................................... 24
1.3.1. Tình hình sản xuất nông nghiệp .................................................................. 24
1.3.2. Phụ phẩm nông nghiệp và các vấn đề phát thải sau thu hoạch.................... 25
1.3.3. Cây ngô và phụ phẩm từ cây ngô................................................................. 28
1.4. Vai trò của vi sinh vật trong việc phân giải hợp chất hữu cơ .........................30

1.4.1. Cellulose và vi sinh vật phân giải cellulose ................................................ 30
1.4.2. Hemicellulose và vi sinh vật phân giải hemicellulose .................................32
1.5. Vai trò của vi sinh vật trong quá trình lên men rượu...................................... 33
1.5.1. Quá trình lên men rượu ................................................................................ 33
1.5.2. Nấm men dùng trong sản xuất rượu etylic................................................... 35
1.6. Chưng cất rượu etylic...................................................................................... 36
CHƯƠNG 2- ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................37
2.1.Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................... 37
2.2. Phương pháp nghiên cứu................................................................................. 37
2.2.1. Các phương pháp hoá lý............................................................................... 37
Luận văn Thạc sỹ 07- 09 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên
Nguyễn Thị Hằng Nga







Cao học Môi trường K15


2.2.2. Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật............................................................ 37
2.2.3. Phương pháp xử lý sơ bộ ............................................................................. 39
2.2.4. Phương pháp thuỷ phân ............................................................................... 39
2.2.5. Phương pháp lên men................................................................................... 40
2.2.6. Phương pháp chưng cất................................................................................ 40
CHƯƠNG 3- KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .............................. 41
3.1. Lựa chọn chủng vi sinh vật cho quá trình thủy phân và lên men .................. 41
3.1.1 Lựa chọn chủng vi sinh vật phân giải hợp chất hydratcacbon......................41

3.1.2. Lựa chọn chủng vi sinh vật cho quá trình lên men ...................................... 43
3.2. Thành phần lý, hóa học của thân cây ngô sau thu hoạch................................ 46
3.3. Nghiên cứu sản xuất etanol từ thân cây ngô .................................................. 47
3.3.1. Quá trình xử lý sơ bộ.................................................................................... 47
3.3.2. Xác định các thông số kỹ thuật trong quá trình thuỷ phân bằng axít ......... 48
3.3.3. Xác định điều kiện thủy phân bằng vi sinh vật ........................................... 49
3.3.4. Đánh giá khả năng chuyển hóa hợp chất cacbonhyđrat trong
thân cây ngô thành đường đơn.............................................................................. 51
3.3.5. Hiệu suất của quá trình lên men .................................................................. 55
3.3.6. Hàm lượng etanol trong dịch sau lên men .................................................. 57
3.4. Đề xuất quy trình sản xuất etanol từ thân cây ngô.......................................... 58
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ....................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................62
PHỤ LỤC







Luận văn Thạc sỹ 07- 09 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên
Nguyễn Thị Hằng Nga

Cao học Môi trường K15


DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH
Trang
Bảng 1: Thành phần cellulose, hemixellulose và lignin trong SK ........................ 8
Bảng 2: Thành phần đường và tro trong các nguyên liệu SK................................ 8
Bảng 3: Các phương pháp xử lý sơ bộ................................................................... 11
Bảng 4: Tổng sản lượng etanol hàng năm ở một số nước .................................... 17
Bảng 5: So sánh một số chỉ tiêu giữa etanol, xăng và ETBE ................................ 20
Bảng 6: Sản lượng lý thuyết Etanol sinh ra từ 1 tấn nguyên liệu khô ...................22
Bảng 7: Diện tích gieo trồng và sản lượng các loại cây trồng năm 2008 ............. 24
Bảng 8: Diện tích ngô trồng từ năm 2000 đến năm 2008 ..................................... 28
Bảng 9: Quan hệ áp suất, nhiệt độ và nồng độ rượu.............................................. 36
Bảng 10: Mật độ tế bào và hoạt tính sinh học CMC
của 4 chủng VSV nghiên cứu................................................................................. 41
Bảng 11: Hoạt tính sinh học CMC của chủng xạ khuẩn ACT06 ..........................42
Bảng 12: Ảnh hượng của nhiệt độ tới quá trình sinh trưởng và phát triển
của chủng ACT 06 (sau 3 ngày nuôi cấy lắc) ....................................................... 43
Bảng 13: Ảnh hưởng của pH tới quá trình sinh trưởng và phát triển
chủng ACT06 (sau 3 ngày nuôi cấy lắc)...............................................................44
Bảng 14: Thành phần nguyên liệu thân cây ngô sau thu hoạch............................. 47
Bảng 15: Mật độ xạ khuẩn và hàm lượng đường khử theo thời gian ....................50
Bảng 16: Phần trăm theo khối lượng các hợp chất chính trong nguyên liệu
sau các quá trình xử lý sơ bộ và thủy phân ............................................................ 51
Bảng 17: Khả năng chuyển hóa chất trong quá trình xử lý sơ bộ ......................... 52
Bảng 18: Khả năng chuyển hóa chất trong quá trình thủy phân bằng axit ............ 53
Bảng 19: Khả năng chuyển hóa chất trong quá trình thủy phân bằng ACT 06 .... 54
Bảng 20: Kết quả theo dõi sự thay đổi pH của dịch lên men ................................56
Bảng 21: Hiệu suất chuyển hóa đường khử trong quá trình lên men (4 ngày)...... 57

Bảng 22: Hàm lượng etanol trong dịch sau lên men.............................................. 57
Hình 1: Quá trình thủy phân để sản xuất đường từ cellulose
Luận văn Thạc sỹ 07- 09 Trường ĐH Khoa học Tự nhiên
Nguyễn Thị Hằng Nga







Cao học Môi trường K15


đi theo sau là quá trình lên men để sản xuất etanol sinh học.................... 10
Hình 2: Thủy phân bằng axit sunfuric loãng.......................................................... 12
Hình 3: Thủy phân bằng axit sunfuric đặc............................................................. 13
Hình 4: Sử dụng enzyme để thuỷ phân, thuỷ phân và lên men tách riêng ............15
Hình 5: Sử dụng enzyme để thuỷ phân, thuỷ phân và lên men đồng thời ............16
Hình 6: Đốt rơm rạ sau thu hoạch tại ruộng .......................................................... 27
Hình 7: Các phụ phẩm cây ngô sau thu hoạch ...................................................... 29
Hình 8: Thành phần nguyên liệu SK ..................................................................... 30
Hình 9: Cấu trúc cellulose...................................................................................... 30
Hình 10: Đường kính vòng phân giải CMC của chủng ACT06 sau 3 ngày lắc .... 43
Hình 11: Sự hình thành khí CO
2
........................................................................... 45
Hình 12: Thân cây ngô sau phơi khô tự nhiên .......................................................46
Hình 13: Tác động của thời gian phản ứng đến lượng đường khử ở điều kiện
121

0
C với H
2
SO
4
0,5%........................................................................................... 48
Hình 14: Tác động của nồng độ H
2
SO
4
đến hàm lượng đường khử
với thời gian phản ứng là 1 giờ, ở 121
0
C ............................................................... 49