phân lập và tuyển chọn nấm men từ men rượu để lên men cồn trên cơ chất bã mía

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH VI SINH VẬT HỌC

PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN
NẤM MEN TỪ MEN RƯỢU ĐỂ LÊN MEN CỒN
TRÊN CƠ CHẤT BÃ MÍA

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ths. VÕ VĂN SONG TOÀN

BÙI THỊ NGỌC HÂN

PGs. Ts. TRẦN NHÂN DŨNG

MSSV:3108489
LỚP:VI SINH VẬT HỌC

Cần Thơ, Tháng 11/2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH VI SINH VẬT HỌC

PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN
NẤM MEN TỪ MEN RƯỢU ĐỂ LÊN MEN CỒN
TRÊN CƠ CHẤT BÃ MÍA

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ths. VÕ VĂN SONG TOÀN

BÙI THỊ NGỌC HÂN

PGs. Ts. TRẦN NHÂN DŨNG

MSSV:3108489
LỚP:VI SINH VẬT HỌC

Cần Thơ, Tháng 11/2013


PHẦN KÝ DUYỆT
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Võ Văn Song Toàn

Bùi Thị Ngọc Hân

Trần Nhân Dũng

DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN
……………………………………………………………………………………
……...……………………………………………………………………………………
……...……………………………………………………………………………………
……...……………………………………………………………………………………
……...……………………………………………………………………………………
……...……………………………………………………………………………………
……...……………………………………………………………………………………

Cần Thơ, ngày ...... tháng ...... năm 2013
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(ký tên)


LỜI CẢM TẠ
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp bên cạnh sự cố gắng của
bản thân, tôi còn nhận được sự động viên khích lệ to lớn cả về vật chất lẫn tinh thần từ
gia đình, sự hướng dẫn và chỉ dạy tận tình của quý thầy cô cùng sự giúp đỡ nhiệt tình
của các bạn, đó chính là động lực giúp tôi vượt qua khó khăn hoàn thành đề tài luận
văn. Để hoàn thành được luận văn tốt nghiệp này, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn
đến:
Thầy Trần Nhân Dũng, thầy Võ Văn Song Toàn, người thầy đã nhiệt tâm hướng
dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập, xây dựng
đề cương nghiên cứu, thực hiện thí nghiệm và hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng chân thành cám ơn tất cả các thầy cô trong Viện Nghiên cứu và Phát
triển Công nghệ sinh học đã tận tình truyền dạy những kiến thức hữu ích giúp cho việc

thực hiện đề tài được thuận lợi cũng như định hướng cho nghề nghiệp của tôi trong
tương lai.
Cô Nguyễn Thị Pha, cố vấn học tập lớp Vi sinh vật học Khóa 36 đã động viên và
khích lệ tinh thần trong suốt thời gian học tập tại trường.
Cám ơn các cô chú công nhân viên của Viện đã giúp đỡ trong quá trình làm việc
trong và ngoài giờ để tôi hoàn thành đề tài đúng tiến độ quy định
Tôi cũng vô cùng biết ơn tất cả các thành viên trong phòng CNSH Enzyme, các
anh chị K35 TT, các bạn VSV K36, CNSH K36 đã tận lực giúp đỡ, chia sẻ kinh
nghiệm quý báu trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài.
Thân gửi đến tập thể lớp Vi sinh vật học Khóa 36 lời cảm ơn chân thành, đã tiếp
thêm động lực cho tôi hoàn thành đề tài này.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến Cha, Mẹ đã luôn ủng hộ tôi về
mọi phương diện, là sức mạnh tinh thần giúp tôi vươn lên trong cuộc sống.
Cuối lời, kính chúc mọi người luôn mạnh khỏe, hạnh phúc, vui vẻ và thành đạt.
Xin trân trọng cám ơn!

Bùi Thị Ngọc Hân


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

TÓM LƯỢC
- Đề tài “Phân lập và tuyển chọn nấm men từ men rượu để lên men cồn trên cơ
chất bã mía” được thực hiện nhằm mục đích tuyển chọn các dòng nấm men có khả
năng lên men cồn trên cơ chất bã mía. Kết quả đã phân lập được 18 dòng nấm men từ
các viên men khác nhau ở 3 tỉnh (thành phố) Bến Tre, Cần Thơ, Hậu Giang. Các dòng
nấm men được khảo sát hoạt tính exoglucanase và endoglucanase: có 10 dòng (H5,
H6, H7, H9, H10, H12, H13, H15, H16, H18) có hoạt tính exoglucanase, hoạt tính

endoglucanase chưa thể hiện ở 18 dòng nấm men được phân lập. Kết quả lên men
trong ống Durham của 18 dòng nấm men cho thấy bốn dòng nấm men H6, H9, H10,
H13 có khả năng lên men một số loại đường D-Glucose, D-Mannose và D-Galactose
lần lượt là 30 cm, 30 cm, 30 cm, 30 cm (D-Glucose), 30 cm, 25,67 cm, 17, 33 cm,
17,67 cm (D-Mannose) và 25 cm, 21,33 cm, 28,33 cm, 30 cm (D-Galactose) . Bốn
dòng nấm men này được chọn để đánh giá khả năng sử dụng bã mía cho quá trình lên
men cồn, thông qua một số chỉ tiêu như thể tích khí, độ cồn, hàm lượng ethanol, đường
khử, hàm lượng DM và CF giảm đi. Chúng tôi kết luận rằng NT14 (dòng nấm men
H13 và tổ hợp vi khuẩn Achromobacter xylosoxidans BL6, Bacillus subtilis S20 và
Bacillus subtilis FS32) có khả năng lên men trên cơ chất bã mía tốt nhất. Kết quả lên
men của dòng nấm men H13 qua các chỉ tiêu khí CO2, nồng độ cồn, hàm lượng
ethanol, đường khử, lượng DM và CF mất đi đạt các giá trị cao nhất so với các dòng
còn lại còn lại, kết quả lần lượt là 44 ml, 4,33, 2,23 g/ls, 0,483 g/l, 9,62% và 27,57%.
Từ khóa:, bã mía, ethanol, lên men, nấm men, vi khuẩn.

Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

i

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

MỤC LỤC
Trang
PHẦN KÝ DUYỆT
LỜI CẢM TẠ

TÓM LƯỢC................................................................................................................ i
MỤC LỤC .................................................................................................................. ii
DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................ iv
DANH SÁCH HÌNH .................................................................................................. v
TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................................... vi
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU........................................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................. 1
1.2. Mục tiêu đề tài ...................................................................................................... 2
CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ................................................................... 3
2.1. Giới thiệu chung về men rượu. .............................................................................. 3
2.2. Giới thiệu chung về nấm men ............................................................................... 4
2.2.1 Hình dạng và kích thước của nấm men ....................................................... 4
2.2.2. Cấu tạo của nấm men................................................................................. 6
2.2.3. Sự sinh trưởng và phát triển của nấm men ................................................. 6
2.2.4. Vai trò và ứng dụng của nấm men ............................................................. 7
2.3. Sự lên men ethanlol .............................................................................................. 7
2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men ethanol của nấm men ..................... 11
2.5 Ethanol sinh học .................................................................................................. 12
2.5.1 Tình hình nghiên cứu ethanol sinh học trong nước.................................... 12
2.5.2 Tình hình nghiên cứu ethanol sinh học ngoài nước ................................... 14

CHƯƠNG 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 16
3.1. Phương tiện nghiên cứu ...................................................................................... 16
3.1.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................................................ 16
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

ii

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học

Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

3.1.2. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất ....................................................................... 16
3.1.3. Nguyên vật liệu ....................................................................................... 16
3.1.4. Xử lý số liệu, phân tích thống kê ............................................................. 17
3.1.5. Thành phần môi trường nuôi cấy vi sinh vật ............................................ 17
3.2. Phương pháp nghiên cứu. .................................................................................... 18
3.2.1.Thí nghiệm 1: Phân lập các dòng nâm men từ men rượu .......................... 18
3.2.2. Thí nghiệm 2: Khảo hoạt tính exoglucanase của nấm men ....................... 19
3.2.3. Thí nghiệm 3: Khảo hoạt tính endoglucanase của nấm men ..................... 19
3.2.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát khả năng lên men một số loại đường ................. 20
3.2.5. Thí nghiệm 5: Khảo sát khả năng phối hợp lên men của các dòng nấm
men đã tuyển chọn với các dòng vi khuẩn .................................................................. 20
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 23
4.1. Phân lập các dòng nấm men từ men rượu ........................................................ 23
4.2. Khảo hoạt tính exoglucanase của nấm men ..................................................... 25
4.3. Khảo hoạt tính endoglucanase của nấm men. .................................................. 26
4.4. Khảo sát khả năng lên men một số loại đường. ............................................... 26
4.5 Khảo sát khả năng phối hợp lên men của các dòng nấm men đã tuyển chọn với
vi khuẩn ..................................................................................................................... 30
4.5.1 Thể tích cột khí ......................................................................................... 30
4.5.2 Đo pH trước và sau lên men ..................................................................... 31
4.5.3 Định lượng đường khử ............................................................................. 32
4.5.4 Định tính độ cồn bằng cồn kế ................................................................... 33
4.5.5 Chuẩn độ dung dịch sau chưng cất............................................................ 34
4.5.6 Kết quả phân tích DM............................................................................... 35
4.5.7 Kết quả phân tích CF ................................................................................ 36

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................... 38
5.1. Kết luận .............................................................................................................. 38
5.2. Đề nghị ............................................................................................................... 38
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

iii

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 39
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
PHỤ LỤC 3: PHỤ LỤC THỐNG KÊ

Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

iv

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

DANH SÁCH BẢNG
Trang
Bảng 1: Thành phần hóa học của nấm men .................................................................. 6
Bảng 2. Thành phần môi trường Potato Glucose Agar (PGA) .................................... 17
Bảng 3. Thành phần môi trường Potato Glucose (PG)................................................ 17
Bảng 4. Thành phần môi trường cải tiến nuôi vi khuẩn dạ cỏ bò ................................ 18
Bảng 5. Thành phần môi trường cải tiến nuôi sinh khối vi khuẩn dạ cỏ bò ................. 18
Bảng 6. Bảng phân bố NT ......................................................................................... 21
Bảng 7. Đặc điểm của các dòng nấm men phân lập .................................................... 24
Bảng 8. Chiều cao cột khí CO2 (mm) trong ống Durham ............................................ 27

Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

v

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

DANH SÁCH HÌNH
Trang
Hình 1. Tế bào nấm men .............................................................................................. 4
Hình 2. Các dạng tế bào nấm men khác nhau quan sát dưới kính hiển vi điện tử .......... 5
Hình 3. Cơ chế lên men glucose của nấm men tạo ethanol và CO2 ............................. 10
Hình 4. Biểu đồ đường kính vòng halo của các dòng nấm men .................................. 25
Hình 5. Biểu đồ chiều cao cột khí sau 168 giờ ........................................................... 31

Hình 6. Biểu đồ đường khử sau lên men .................................................................... 32
Hình 7. Biểu đồ độ cồn sau chưng cất ........................................................................ 33
Hình 8. Biểu đồ lượng ethanol (g/l)............................................................................ 34
Hình 9. Biểu đồ lượng DM giảm sau lên men ............................................................ 35
Hình 10. Biểu đồ lượng CF giảm sau lên men ............................................................ 36

Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

vi

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CF

Crude fibre, xơ thô

CMC

Carboxymethyl cellulose

DM

Dry matter, khối lượng vật chất khô

DC

Đối chứng

g

Gram

ml

Mililiter

mm

Milimeter

NM

Nấm men

nm

Nanometer

NT

Nghiệm thức

OD

Optical density

TN

Thí nghiệm

µl

Microliter

Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

vii

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay sức ép từ khủng hoảng dầu mỏ và nhu cầu năng lượng luôn là vấn đề
nan giải của bất cứ quốc gia nào trên thế giới. Mỹ và Brazil đã thành công trong việc
sản xuất ethanol từ nguồn sinh học là bắp và mía. Điều này đã khích lệ các nước khác
đầu tư nghiên cứu vào lĩnh vực nhiên liệu sinh học.
Bên cạnh sản xuất ethanol từ nguồn tinh bột (bắp) và đường (mía), ethanol có thể
được sản xuất từ lignocellulose. Lignocellulose là loại biomass phổ biến nhất trên thế
giới. Vì vậy sản xuất ethanol từ biomass cụ thể là từ nguồn lignocellulose là một giải

pháp thích hợp đặc biệt là với các quốc gia nông nghiệp như Việt Nam.
Nền nông nghiệp Việt Nam hằng năm tạo ra một lượng lớn phế phẩm nông
nghiệp. Trong đó, bã mía là loại phụ phẩm có chứa đáng kể hàm lượng cellulose và
các loại lignocellulose khác. Theo kết quả của Tổng cục thống kê, năm 2012 cả nước
có khoảng 297,9 nghìn ha trồng mía với sản lượng cả nước đạt khoảng 19040,8 nghìn
tấn. Vì thế lượng bã mía thải ra hàng năm rất lớn, gây nguy cơ ô nhiễm môi trường
cao. Để tận dụng nguồn bã mía thải ra hằng năm và góp phần giảm thiểu tác động đến
môi trường cũng như giải quyết vấn đề năng lượng, sử dụng bã mía như nguồn nguyên
liệu đầu vào để sản xuất ethanol là hướng đi mới đầy tiềm năng và triển vọng ở vùng
Đồng bằng sông Cửu Long hiện nay.
Việc nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp giàu hợp chất carbonhydrat làm
nguyên liệu sản xuất ethanol nhiên liệu có sử dụng sự trợ giúp của các vi sinh vật đang
là một trong những giải pháp đầy hứa hẹn cho việc thay thế cho nguồn nguyên liệu hóa
thạch dần cạn kiệt, giảm thiểu sự tác động của môi trường là một trong những hướng
nghiên cứu đang dần thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nước.
Trong lên men ethanol sinh học, giai đoan lên men là một giai đoạn quan trọng.
Trong đó nấm men giữ vai trò quyết định trong quá trình lên men. Chúng phân bố rộng
rãi khắp nơi, đặc biệt hiện diện nhiều trong đất trồng hoa quả và các nhà máy chế biến
đường. Ngoài ra, chúng còn xuất hiện trong trái cây chín, trong nhụy hoa, trong không
khí và cả nơi sản xuất rượu vang. Nấm men lên men ethanol thường được phân lập từ
quá trình lên men rượu, bã quả, mật rỉ của củ cải đường hay mía đường,... Trên bánh
men là sản phẩm hỗn hợp phong phú của vi sinh vật, trong đó có nấm men. Các loài
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

1

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

nấm men thường gặp là Saccharomyces cerevisiae, Hyphopichia burtonii, Pichia
anomada,… và một số nấm men dại khác. Đây là nguồn phân lập nấm men cho quá
trình lên men ethanol.
Do đó đề tài “Phân lập và tuyển chọn nấm men từ men rượu để lên men cồn trên
cơ chất bã mía” được tiến hành.
1.2. Mục tiêu đề tài
Tuyển chọn một số dòng nấm men có khả năng sử dụng cơ chất bã mía để lên
men cồn.

Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

2

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1. Giới thiệu chung về men rượu.
Thực chất men rượu là môi trường không thuần khiết của hệ sinh vật có khả năng
sinh trưởng, tổng hợp hệ enzyme đường hóa và lên men rượu. Nói cách khác, hệ vi
sinh vật trong men rượu rất đa dạng. Trong đó, có ba loài phổ biến nhất, có số lượng
đông đảo nhất và có vai trò quan trọng nhất: nấm men, nấm mốc và vi khuẩn.
Các kết quả nghiên cứu khoa học cho thấy các giá trị pH bánh men rượu ở Việt

Nam trong khoảng 5,76, độ ẩm khoảng 13,6, hàm lượng vi sinh vật trong nấm men
tương ứng là vi khuẩn 2,6 × 106, nấm mốc 3,4 × 10 6, nấm men 5,8 × 107 CFU/gram
bánh men rượu. Trong tổng số 119 vi sinh vật phân lập được thì có 53 tế bào nấm mốc,
51 tế bào nấm men và 15 tế bào vi khuẩn.
Nấm mốc thường có mặt trong bánh men chủ yếu là các chủng Rhizopus, Mucor,
Aspergilluls, Amylomyces. Chúng giữ vai trò đường hóa( Trần Thị Thanh,2001). Loài
Mucor, đặc biệt là Mucor rouxii có khả năng chịu nhiệt cao (32-35oC), chúng vừa có
khả năng đường hóa vừa có khả năng rượu hóa.
Nấm men gồm hai chi khác nhau là Endomycopsis fibuligenes là loài nấm men
rất giàu enzyme amylase, glucoamilase, do đó chúng vừa có khả năng đường hóa, vừa
có khả năng rượu hóa; và Saccharomyces cerevisiae có khả năng lên men rất nhiều
loại đường khác nhau như glucose, saccarose, maltose, fructose, raffinose, galactose.
Chúng có khả năng lên men ở nhiệt độ cao (khoảng 36-40 oC) và có khả năng chịu
được acid. Đặc biệt có khả năng chịu được thuốc sát trùng Na2SiF6 với nồng độ 0,020,025% và có khả năng lên men các loại nguyên liệu khác nhau như gạo, ngô, khoai,
sắn với lượng đường trong dung dịch từ 12-14% có khi đến 16-18%. Nồng độ rượu
trong dịch lên men là 10-12%. Nhiệt độ lên men thích hợp là 28-32oC.
Ngoài hai chi nấm men kể trên, trong men thuốc bắc còn thấy nhiều loài nấm
men hoang dại khác nhau. Chúng vừa có khả năng thủy phân tinh bột, vừa có khả năng
chuyển hóa đường thành cồn, tuy rằng sự chuyển hóa này còn rất thấp. Điều đặc biệt là
các loài nấm men dại này chịu nhiệt rất cao có khi tới 60-65oC và chịu được chất sát
trùng ở nồng độ 0,05-1% (Nguyễn Đức Lượng, 1998).
Ngoài ra trong bánh men thuốc bắc còn có sự hiện diện của một số loài vi khuẩn
phát triển, trong đó chủ yếu là các loài vi khuẩn lactic và vi khuẩn acetic. Các loài vi
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

3

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học

Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

khuẩn thường làm chua môi trường. Thời gian đầu của quá trình lên men, quá trình
này xảy ra có lợi vì pH môi trường do chúng tạo ra sẽ thích hợp cho nấm men và nấm
mốc phát triển, tuy nhiên pH xuống quá thấp lại ảnh hưởng xấu cho quá trình lên men.
Mặt khác nếu trong dịch lên men có mặt oxy thì vi khuẩn acetic sẽ oxy hóa rượu thành
acid acetic. Quá trình này làm tổn hao lượng cồn tạo thành (Nguyễn Thị Hiền, 2004)
2.2. Giới thiệu chung về nấm men.
Nấm men là tên gọi chung của nhóm nấm có những đặc điểm như cấu tạo đơn
bào, đa số sinh sôi nảy nở bằng cách nảy chồi hoặc phân cắt tế bào, nhiều loại có khả
năng lên men đường. Nấm men phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên, nhất là trong các
môi trường có chứa đường, có pH thấp, chẳng hạn như trong hoa quả, mật mía, rỉ
đường, mật ong, trong đất ruộng trồng mía, đất vườn cây ăn quả, trong các đất có
nhiễm dầu mỏ (Nguyễn Lân Dũng, 1999). Nấm men có nhiều ứng dụng rộng rãi trong
lĩnh vực thực phẩm, con người từ lâu đã biết ứng dụng nấm men vào sản xuất các loại
thực phẩm truyền thống như rượu, bia, bánh mì…

Hình 1. Tế bào nấm men
(* Nguồn: ngày 20.7.2013)

2.2.1. Hình dạng và kích thước của nấm men
Đặc điểm hình thái khuẩn lạc: do cấu tạo đơn bào nên chúng tạo ra các khuẩn
lạc có những đặc trưng như: hình dạng khuẩn lạc thường tròn, không đều hoặc hình
thoi, bìa của khuẩn lạc thường là bìa nguyên, chia thùy, gợn sóng hoặc răng cưa
(Huỳnh Xuân Phong, 2010).
Hình dạng tế bào: Nấm men thường có hình cầu, hình elip, hình ovan và có cả
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

4

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

dạng hình dài. Chúng hầu hết tồn tại dưới dạng đơn bào, một số loài như Candida
albicans không chỉ nảy chồi mà các tế bào nối lại với nhau tạo thành khuẩn ty giả và
Eremothecium gossypii hình thành khuẩn ty thật (Kurtzman và Piškur, 2006).
Kích thước tế bào: Nấm men là loài vi sinh vật điển hình cho nhóm nhân thực.
Tế bào nấm men thường lớn gấp 10 lần so với tế bào vi khuẩn. Kích thước của nấm
men khác nhau tùy theo loài và thời kỳ sinh trưởng của nấm men. Saccharomyces
cerevisiae là nấm men thường được sử dụng trong lên men rượu, bia có kích thước
chiều rộng khoảng 2,5 – 10µm và chiều dài 4,5 – 21µm, có thể thấy rõ dưới kính hiển
vi quang học (Nguyễn Lân Dũng, 1999).

Hình 2. Các dạng tế bào nấm men quan sát dưới kính hiển vi điện tử.
(*Nguồn: ngày 20/07/2013)

2.2.2. Cấu tạo của nấm men
Theo Nguyễn Đức Lượng (2004) nấm men có thành phần hóa học như sau:
Bảng 1: Thành phần hóa học của nấm men
Các chất Thành phần (%) Các chất Thành phần
Carbon

49,8

Na2O

-

Nitơ

12,4

MgO

0,42

Hydro

6,7

CaO

0,38

P2O5

3,54

Fe2O3

0,035

K2O

2,34

SiO2

0,09

SO3

0,04

(*Nguồn: Nguyễn Đức Lượng, 2004).

Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

5

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

Thành tế bào: Thành tế bào nấm men dày khoảng 25nm, chiếm 15 – 30%
trọng lượng khô của tế bào nấm men, được cấu tạo chủ yếu từ glucan (60% khối lượng
thành tế bào), mannoprotein, chitin và một lượng nhỏ lipid.
Màng nguyên sinh chất: Màng nguyên sinh chất có 3 tầng kết cấu khác nhau,
được cấu tạo chủ yếu từ protein (50% khối lượng khô), phần còn lại là lipid và một ít
polysaccharide (Nguyễn Lân Dũng, 1999).
Chất nguyên sinh: Chất nguyên sinh của nấm men cũng tương tự như chất

nguyên sinh của vi khuẩn, thành phần chủ yếu là nước, protein, glucid, lipid, enzyme.
Nhân tế bào: Nhân tế bào nấm men là nhân điển hình, có màng nhân, bên
trong là chất dịch nhân có chứa hạch nhân. Nhân tế bào nấm men Saccharomyces
cerevisiae có chứa 17 đôi nhiễm sắc thể.
Các bào quan và thành phần khác: ty thể, không bào, ribosome,…
2.2.3. Sự sinh sản và phát triển của nấm men
Theo Nguyễn Lân Dũng (1999), nấm men có hai hình thức sinh sản là sinh sản
vô tính và sinh sản hữu tính.
- Sinh sản vô tính: chủ yếu bằng hình thức nảy chồi (diễn ra ở hầu hết các chi
nấm men), hình thức phân cắt (ở chi Schizosaccharomyces), bằng bào tử (ở chi
Geotrichum, Sporobolomyces, Candida albicans).
- Sinh sản hữu tính: nấm men hình thành bào tử túi ở các chi Saccharomyces,
Zygosaccharomyces và nhiều chi nấm men khác thuộc bộ Endomycetales.
Nấm men là các vi sinh vật hóa dị dưỡng vì chúng sử dụng các hợp chất hữu cơ
làm nguồn cung cấp năng lượng cho sự sinh trưởng và phát triển. Nguồn carbon được
nấm men sử dụng hầu hết là đường sáu carbon như glucose và fructose hoặc các
đường đôi như sucrose hoặc maltose. Một số loài có thể sử dụng đường năm carbon
(đường ribose). Nguồn nitrogen cần thiết cho tổng hợp các cấu tử chứa nitrogen của tế
bào là các hợp chất hữu cơ hay vô cơ có sẵn trong môi trường. Nấm men có khả năng
tổng hợp tất cả acid amin. Đa số nấm men không đồng hóa được nitrat. Song, giống
Hansenula và giống Pichia lại đồng hóa được chất này. Một số loài thuộc giống
Brettanomyces cũng đồng hóa được nitrat. Về nhu cầu dinh dưỡng các nguyên tố vô
cơ, phospho là nguyên tố được quan tâm nhiều nhất, sau đó là kali, magie, lưu huỳnh,..

Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

6

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học

Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

Nấm men có thể tồn tại được trong điều kiện hiếu khí lẫn kỵ khí với khoảng nhệt độ
tương đối rộng và pH acid thích hợp cho sự phát triển của nấm men.
2.2.4. Vai trò và ứng dụng của nấm men
Nấm men có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp thực phẩm như dùng
trong sản xuất ethanol, bánh mì, rượu vang, bia, tạo sinh khối protein và vitamin, sản
xuất enzyme, acid citrid… Trong đó việc ứng dụng nấm men vào việc lên men các sản
phẩm nông nghiệp để sản xuất ethanol rất đáng được quan tâm, nguồn ethanol giá
thành rẻ sẽ đóng góp đáng kể vào việc giải quyết vấn đề về nhiên liệu và ô nhiễm môi
trường.
2.3. Sự lên men ethanol
Lên men ethanol là quá trình chuyển hóa đường thành ethanol được thực hiện bởi
nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau nhưng chủ yếu là nấm men. Trong công nghiệp cồn,
bia, rượu, các loại nước uống có cồn, người ta thường sử dụng nấm men
Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Kluyveromyces trong quá
trình lên men tạo ethanol.
Ethanol được sản xuất chủ yếu từ các loại nguyên liệu từ thực vật có chứa đường,
hoặc tinh bột và cellulose thông qua phản ứng trung gian thủy phân tạo đường.
- Các cơ chất có hàm lượng đường cao thường được dùng để lên men ethanol
thường là: rỉ đường, nước mía, củ cải đường, nước trái cây chín; sự lên men từ các
nguyên liệu này được thực hiện trực tiếp mà không thông qua quá trình thủy phân tạo
đường.
- Những cơ chất giàu tinh bột như: gạo, lúa mì, ngô, khoai mì, khoai tây, khoai
lang…, đối với các loại nguyên liệu này cần phải có quá trình thủy phân tinh bột tạo
đường cho nấm men sử dụng để lên men tạo ethanol.
(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6

(tinh bột)
(glucose)
C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2
(glucose)
(ethanol)
- Các nguồn nguyên liệu chứa cellulose như: gỗ, giấy, bã mía… cũng có thể sử
dụng để sản xuất ethanol nhưng việc xử lý để phân cắt cellulose tạo glucose khó khăn

Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

7

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

và tốn kém. Các phương pháp xử lý được áp dụng gồm có xử lý cơ học, hóa học và
sinh học (dùng vi sinh vật).
Quá trình chuyển hóa sinh khối cellulose thành ethanol yêu cầu việc xử lý
nguyên liệu thành đường đơn sẵn sàng cho quá trình lên men. Thủy phân hỗn hợp
cellulose khó hơn thủy phân tinh bột vì hỗn hợp cellulose là tập hợp các phân tử đường
liên kết với nhau thành mạch dài (polyme carbonhydrat) gồm khoảng 40 - 60%
cellulose và 20 - 40% hemicellulose, có cấu trúc tinh thể bền. Hemicellulose chứa hỗn
hợp các polyme có nguồn gốc từ xylose, mannose, galactose kém bền hơn cellulose.
Nói chung hỗn hợp cellulose khó hòa tan trong nước. Phức polyme thơm là lignin (10
- 25%) không thể lên men vì khó phân hủy sinh học.
Việc chuyển đổi cellulose thành nhiên liệu sinh học ethanol có ba bước cụ thể là

tiền xử lý, thủy phân và lên men. Các nguyên liệu trở nên dễ tiếp cận hơn với các
enzyme sau khi tiền xử lý. Cellulose phân cắt tạo thành đường khử mà đó là cơ chất
cho quá trình lên men. Cellulose là thành phần quan tâm chính và có thể xử lý bằng
phương pháp hóa học hoặc thủy phân bằng enzyme để tạo thành glucose làm chất nền
chính trong quá trình lên men ethanol. Hemicellulose có cấu trúc nhỏ gọn hơn so với
cellulose và có thể bị phân hủy đáng kể hoặc hòa tan trong tiền xử lý.
- Tiền xử lý cellulose:
Nhằm tạo ra một dạng cellulose đơn giản hơn để cho quá trình thủy phân dễ dàng
hơn, các enzyme có thể tiếp xúc tối đa với cơ chất tương thích. Phương thức và hiệu
quả của quá trình tiền xử lý thay đổi nhiều tùy thuộc vào đặc tính cấu trúc của nguồn
nguyên liệu được lựa chọn. Các phương pháp xử lý được áp dụng gồm có xử lý cơ
học, hóa học và sinh học (dùng vi sinh vật).
Xử lý cơ học làm giảm kích thước nguyên liệu, các phương pháp thuộc nhóm
này không sử dụng hóa chất trong quá trình xử lý. Gồm các phương pháp như: nghiền
nát, rọi bằng những bức xạ năng lượng cao, xử lý thủy nhiệt và nổ hơi. Trong đó
phương pháp xử lý bằng hơi nước được xem là hiệu quả hơn hết.
Sử dụng tác động của hóa chất. Với acid: gồm các phương pháp xử lý với acid
loãng, bơm hơi nước có acid và nổ hơi có acid. Trong đó, acid sulfuric đã được nghiên
cứu kĩ lưỡng nhất, hiển nhiên vì nó rẻ và hiệu quả. Tuy nhiên, vấn đề gặp phải trong
xử lý acid là thiết bị phải chịu được ăn mòn cao và lượng thạch cao (CaSO4) sinh ra
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

8

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

nhiều từ quá trình trung hòa acid với CaOH. Với kiềm: đã có rất nhiều nghiên cứu liên
quan, chủ yếu là về xút hoặc xút cùng các hóa chất khác. Tuy nhiên, nhiều nhà khoa
học cho rằng, dựa trên chi phí hóa chất, thì vôi tôi là hóa chất thích hợp. Detroy et al
(1992) cho thấy rằng amonia lỏng có phần hiệu quả trong việc tăng khả năng thủy
phân bã rắn, nhưng ethylenediamine có thể còn hiệu quả hơn. Ngoài ra còn có những
phương pháp như xử lý với dung môi hữu cơ: dùng dung môi như ethanol, methanol,
acetone để hòa tan lignin; xử lý bằng khí SO2, khí CO2, NH3 … Các quy trình này
hiện nay chỉ được sử dụng ở quy mô phòng thí nghiệm. Tuy nhiên xử lý bằng phương
pháp hóa học gây nhiều tốn kém và ảnh hưởng nặng đến môi trường, do đó hiện nay
phương pháp sinh học đang dần được được hoàn thiện để thay thế toàn phần hay sử
dụng kết hợp với các phương pháp hóa học.
Phương pháp xử lý sinh học sử dụng loại nấm như Cyathus sp, Streptomyces
viridosporus, Phelebia tremellosus, Pleurotus florida và Peurotus cornucopiae có khả
năng thủy phân lignin và hỗ trợ một phần thủy phân nguồn nguyên liệu cellulose.
- Thủy phân bằng enzyme:

Quá trình tạo hỗn hợp đường từ cellulose bắt đầu bằng giai đoạn vi khuẩn phân
giải cellulose tổng hợp enzyme nhằm phân cắt mạch polymer của cellulose thành các
cấu trúc đơn giản hơn và theo sau đó là quá trình thuỷ phân các cellulose đơn giản
thành hỗn hợp đường.
Quá trình này gây tiêu tốn nhiều chi phí trong giai đoạn sản xuất cồn. Bằng kỹ
thuật di truyền, các nhà nghiên cứu đang hướng đến tạo ra một tổ hợp enzyme có thể
thủy phân nguồn nguyên liệu lignocellulose hiệu quả nhất. Thủy phân hoàn toàn nguồn
lignocellulose cần có những sự chuyển đổi các nhóm polysaccharide sau:
Chuyển hóa cellulose: Cellulose là loại polysaccharide đồng hình được cấu tạo từ
-D-glucose thông qua liên kết -(1-4) glycoside thành từ các đơn phân Quá trình
thủy phân bằng tổ hợp enzyme cellulase bao gồm exoglucanase (-cellobiohydrolase),
endoglucase, –glucosidase và sản phẩm cuối cùng là glucose.
Chuyển hóa hemicellulose: hemicellulose là thành phần dồi dào nhất thứ 2

trong nguồn nguyên liệu lignocellulose (25-30%). Hemicellulose là một loại polymer
dị hình được tạo bằng các đơn phân pentose (D-xylose, D-arabinose), đơn phân hexose
(D-mannose, D-glucose, D-galactose) và các acid đường. Xylan là thành phần thường
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

9

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

thấy trong các thân gỗ cứng, tuy nhiên glucomanan lại là thành phần chính trong các
loại thực vật thân mềm. Tổ hợp enzyme để thủy phân hemicellulose cũng rất phức tạp.
Ví dụ -xylanse để thủy phân xylan thì tổ hợp enzyme cần thiết là endo-1,4-Larabinofuranosidase, -glucuronidase và -xylosidase.
Nguồn enzyme được sử dụng phổ biến hiện nay là từ Trichoderma reesei và
Aspergillus niger. Đa số vi sinh vật có khả năng tổng hợp cellulose cũng có khả năng
tổng hợp xynalase để phân hủy xylan. Khả năng này thường thấy ở vi sinh vật sống
trong dạ cỏ động vật nhai lại như: Bacillus, Bacteriodes, Butyvibrio, Ruminococus và
các vi khuẩn chi Clostridium. Hiện nay, người ta đang thay thế dần các hệ enzyme
chịu nhiệt, chịu các điều kiện hóa học quá hạn. Hơn hết là các nghiên cứu về phức hợp
cellulosome của các vi khuẩn kỵ khí đang dần mở ra một con đường mới nhằm tăng
hiệu quả thủy phân của tổ hợp trên các loại nguyên liệu lignocellulose.
- Cơ chế của quá trình lên men ethanol từ glucose
Lên men ethanol là quá trình trao chuyển hóa dưới tác dụng của chất xúc tác là
enzyme. Đây là quá trình lên men kỵ khí dưới sự có mặt của nấm men tạo thành
ethanol và giải phóng khí CO2.
Quá trình lên men rượu của nấm men gồm hai giai đoạn chính:

- Tăng sinh khối nấm men: tế bào nấm men phát triển và tăng sinh khối, giai
đoạn này cần sự hiện diện của oxy.
- Lên men chuyển hóa đường thành rượu: quá trình này xảy ra dưới điều kiện
kỵ khí theo sơ đồ sau:`

Hình 3. Cơ chế lên men glucose của nấm men tạo ethanol và CO2
(*Nguồn: Norr et al, 2003)

Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

10

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men ethanol của nấm men
-

Dinh dưỡng

Nitơ và nguồn carbon là yếu tố dinh dưỡng chính trong môi trường lên men. Sự
tương tác lẫn nhau của các chất dinh dưỡng có thể đóng vai trò quan trọng trong trao
đổi chất của nấm men. Các chất bổ sung vào môi trường sinh trưởng có chứa maltose
hoặc glucose cùng với nguồn nitơ như peptone sẽ làm tăng sinh khối và sự sản sinh
ethanol (Helena de Cruz et al, 2003).
-

Nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố cần thiết ảnh hưởng lớn đến hoạt tính của nấm men. Thông
thường nhiệt độ phù hợp cho lên men là 28 – 30°C. Nhiệt độ khoảng hơn 50°C và dưới
0°C thì sự lên men hầu như bị đình trệ. Thông thường quá trình lên men ở nhiệt độ
thấp sẽ kéo dài hơn, nhưng lên men ở nhiệt độ quá cao sẽ làm tổn thất sản phẩm, cũng
như ảnh hưởng đến mùi vị sản phẩm. Trong công nghiệp lên men thực phẩm, nhiệt độ
tối ưu của quá trình lên men có thể không trùng khớp với nhiệt độ tối ưu cho sự sinh
trưởng của vi sinh vật.
-

pH

Nồng độ của ion H+ có ảnh hưởng đáng kể đến sự lên men trong công nghiệp do
pH đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát các vi khuẩn có thể bị nhiễm và ảnh
hưởng lên sự phát triển của nấm men. Năng suất lên men ethanol cao nhất thường dao
động ở pH 4,5 – 4,7. Khi pH được điều chỉnh lên 7 hoặc cao hơn thì acid acetic được
tạo thành từ acetaldehyde dựa vào sự gia tăng hoạt động của enzyme aldehyde
dehydrogenase, glycerol được sản sinh và ức chế sự lên men (Wang et al, 2001).
-

Khí oxy và carbonic

Nấm men là vi sinh vật vừa kỵ khí vừa hiếu khí. Trong điều kiện kỵ khí, chúng
lên men đường tạo thành rượu và khí carbonic (CO2). Còn trong điều kiện đầy đủ oxy,
chúng có khả năng oxy hóa đường thành CO2 và nước, đồng thời sinh sản và phát triển
mạnh. Hàm lượng CO2 hình thành trong quá trình lên men thường hạn chế mạnh sự
sinh sản của nấm men. Trong điều kiện nhiệt độ cao, lượng khí hòa tan trong dung
dịch lên men sẽ giảm xuống, tạo điều kiện kỵ khí cho quá trình lên men của nấm men.

Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

11

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

-

Trường ĐHCT

Nồng độ ethanol

Nồng độ ethanol cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men, nồng độ
ethanol cao có thể ức chế khả năng sinh sản tế bào và khả năng sống sót của nấm men.
Việc chọn lọc dòng nấm men có khả năng chịu được nồng độ ethanol cao sẽ mang lại
lợi ích đáng kể cho quá trình lên men vì các dòng nấm men này có thể nâng cao hiệu
suất của quá trình lên men.
Ngô Thị Phương Dung (2009) đã phân lập được 50 dòng nấm men từ viên men
rượu, 9 dòng được chọn để khảo sát khả năng chịu độ cồn. Kết quả thử khả năng chịu
đựng độ cồn cho thấy 7 dòng có khả năng chịu độ cồn trong khoảng 5 – 6% (w/v)
ethanol và 2 dòng có khả năng chịu độ cồn thấp hơn từ 2,4 – 3% (w/v) ethanol.
-

Nồng độ dịch lên men

Nồng độ dịch lên men được xác định bằng khối lượng đường sucrose trong dung

dịch (độ Brix). Nồng độ dịch đường quá cao sẽ làm thay đổi độ nhớt của môi trường
tăng áp suất dẫn đến mất cân bằng trạng thái sinh lý của nấm men. Nồng độ ethanol
được sản sinh tăng cao cũng gây ức chế nấm men. Tuy nhiên nếu nồng độ dịch đường
quá thấp thì sẽ không kinh tế vì sẽ làm giảm năng suất lên men, hao phí trong quá trình
chưng cất.
2.5. Ethanol sinh học
Ethanol sinh học (bio-ethanol) là một loại nhiên liệu sinh học dạng lên men và
chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn, thường
được sản xuất từ các loại cây nông nghiệp hàm lượng đường cao như bắp, lúa mì, lúa
mạch, mía. Ngoài ra, ethanol sinh học còn được sản xuất từ cây có chứa cellulose.
Cellulose đã được sản xuất thành công và đưa vào sử dụng làm nhiên liệu nhiều nước
trên thế giới. Hiện nay, việc sản xuất ethanol từ các loại cây nông nghiệp có thể ăn
được đang gây lo lắng về vấn đề an ninh lương thực. Chính vì vậy, thế giới đang đi
theo hướng sản xuất ethanol từ nguyên liệu chứa hợp chất cellulose.
2.5.1 Tình hình nghiên cứu ethanol sinh học trong nước.
Trần Diệu Lý (2008) nghiên cứu sản xuất ethanol sinh học từ rơm rạ bằng
phương pháp nổ hơi, thủy phân bằng cellulase và lên men với Saccharomyces
cerevisiae. Kết quả cho thấy từ 1 kg rơm thô sẽ thu được 204,16g glucose, qua đó thu
được 113,72 g ethanol tương đương 144 ml ethanol.
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

12

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

Nguyễn Thị Hằng Nga (2009) nghiên cứu khả năng sản xuất ethanol sinh học từ
phụ phẩm nông nghiệp. Đề tài đã xác định được điều kiện cho quá trình thủy phân
bằng acid: H2SO4 2%, 121°C trong 1h, tỉ lệ nguyên liệu: acid là 1: 10 (w/v) thu được
dịch sau thủy phân có hàm lượng đường khử là 4 g/l. Đề tài đã chọn chủng xạ khuẩn
ACT 06 làm tác nhân cho quá trình thủy phân bằng vi sinh vật và chủng SA.03 là
chủng nấm men có khả năng lên men cao làm tác nhân cho quá trình lên men. Kết quả
cho thấy cần 7.787 kg thân cây ngô sau thu hoạch để sản xuất được dịch giấm chín
chứa 1 lít ethanol.
Nguyễn Xuân Cự (2010) nghiên cứu khả năng thủy phân bằng axít loãng và bước
đầu đánh giá hiệu quả sản xuất ethanol sinh học từ thân cây ngô. Quá trình thủy phân
thân cây ngô bằng H2SO4 2 % ở 121°C trong 60 phút có hàm lượng đường khử hình
thành khá cao (4,2 g/l) khi tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch là 1/10 (w/v). Đây được xem là
điều kiện thích hợp cho quá trình thủy phân thân cây ngô bằng acid loãng. Sử dụng
Saccharomyces cerevisiae lên men có thể chuyển hóa khoảng 70% lượng đường khử
trong dung dịch và lượng ethanol tạo thành có nồng độ 2,5% thể tích. Dựa trên các kết
quả nghiên cứu này, có thể tính sơ bộ để sản xuất 1 lít etanol sinh học cần khoảng 3,24
kg nguyên liệu từ thân cây ngô.
Đoàn Thị Ngọc Hân (2010) báo cáo đề tài luận văn “Bước đầu sản xuất ethanol
nhiên liệu từ rơm” đã khảo sát các điều kiện để tối ưu các quá trình lên men ethanol từ
rơm. Qua đó kết luận bổ sung 2% H2O2 (v/v) trong 5% (w/v) cơ chất và xử lý mẫu ở
37°C trong 23 giờ, sau khi tiền xử lý, rơm được thủy phân ở điều kiện 3% (v/v)
enzyme, 50°C, pH % trong 72 giờ sẽ thu được lượng đường khử là 0,455g/g rơm. Để
thu được ethanol, bổ sung 0,3% (v/v) nấm men Saccharomyces cerevisiae vào dịch
đường khử, sau 3 ngày lên men, lượng ethanol thu được là 3% (v/v).
Tại Việt Nam, mẻ sản phẩm cồn sinh học ethanol đầu tiên được sản xuất dùng để
pha vào xăng đã xuất xưởng ngày 5.8.2010. Đây là sản phẩm của nhà máy sản xuất
nhiên liệu sinh học ethanol đầu tiên của Việt Nam, hoàn thành và đưa vào sản xuất tại
Công ty cổ phần Đồng Xanh, huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam.
Từ năm 2011, Việt Nam có chính sách sử dụng xăng sinh học E5 (hàm
lượng ethanol 5%) làm nguyên liệu thay thế cho xăng A92 truyền thống. Năm 2011,

Việt Nam, đã sản xuất ethanol khoảng 0,3 triệu tấn/ năm. Mục tiêu của chính phủ tới
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

13

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học


Luận văn tốt nghiệp Đại Học Khóa 36 (2010-1014)

Trường ĐHCT

năm 2015 là 1,5 triệu tấn. Quy trình công nghệ sinh học sản xuất ethanol từ phế thải
nông nghiệp của giáo sư Trần Đình Toại (2012) được xem là một sáng chế tiêu biểu
của khoa học Việt Nam. Theo nghiên cứu thử nghiệm, cứ 1 kg rơm rạ sẽ thu được
khoảng 0,4 kg cellulose, nếu chọn được các chủng vi sinh có hệ enzyme với hoạt tính
cao thì hiệu suất của giai đoạn thủy phân có thể đạt 80-90%, có nghĩa là từ 0,4 kg
cellulose sẽ thu được trung bình là 0,34 kg glucose, từ đó sản xuất ra ethanol. Bằng
phương pháp trên, với lượng lớn phế thải nông nghiệp (rơm, rạ) hiện nay của nước ta,
nếu sử dụng 30% để sản xuất ethanol với hiệu suất 15%, chúng ta đã có thể thu được
từ 3,6 đến 4,5 triệu tấn ethanol, vượt mục tiêu mà Chính phủ đặt ra tới năm 2015.
2.5.2 Tình hình nghiên cứu ethanol sinh học ngoài nước.
Keikhosro Karimi et al (2006) nghiên cứu sản xuất ethanol sinh học từ rơm rạ
bằng phương pháp tiền xử lý với acid loãng, thủy phân và lên men đồng thời với
Mucor indicus, Rhizopus oryzae, Saccharomyces cerevisiae.
Một nghiên cứu của Rajeev Sukumaran và cộng sự (2009) nghiên cứu sản xuất
ethanol sinh học từ nguồn sinh khối bã mía. Cơ chất bã mía được đường hóa với chủng
vi sinh vật là Trichoderma reesei RUT C30 và Aspergillus niger MTCC 7956, sau đó
được lên men với nấm men Saccharomyces cerevisiae bằng phương pháp lên men rắn.
Kết quả sản xuất được 0,093 g ethanol trên mỗi gram rơm.

Năm 2010, M.Lever và cộng sự đã nghiên cứu sản xuất ethanol sinh học thành
công từ rơm lúa mì bằng phương pháp lên men rắn với Saccharomyces cerevisiae,
trước đó họ dùng dịch enzyme thô từ nấm mốc Trichoderma reesei để thủy phân vật
liệu lignocellulose.
Nasim Shaibani (2011) nghiên cứu quá trình sản xuất ethanol sinh học từ bã mía.
Kết quả nghiên cứu tiền xử lý bằng NaOH hiệu quả hơn Ca(OH)2, thủy phân bã mía
bằng nấm Aspergillus niger hiệu quả hơn so với nấm Trichoderma longibrachiatum.
Sau đó dùng phương pháp lên men rắn với Saccharomyces cerevisiae, kết quả có thể
chuyển hóa 81% cơ chất bã mía cho quá trình sản xuất ethanol.
Công trình nghiên cứu của Firoz Ahmed và cộng sự (2012) đã tiền xử lý bã mía
bằng NaOH ở pH 4, 50°C trong 24 giờ, sau đó trích dịch enzyme thô từ Trichoderma
viride cho quá trình thủy phân bã mía, nấm men Saccharomyces cerevisiae được sử
dụng để lên men sau đó. Quy trình này đã sản xuất ra ethanol với nồng độ 0,579 % và
Chuyên ngành Vi Sinh Vật Học

14

Viện NC&PT Công Nghệ Sinh Học