Nghiên cứu khả năng thủy phân rong lục bằng axit và enzyme đáp ứng cho quá trình sản xuất ethanol
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.08 MB, 69 trang )
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành Luận văn Thạc sĩ này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản
thân, tôi đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy, cô giáo, gia
đình và bạn bè.
Với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới PGS.TS
Nguyễn Thanh Hằng – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn,
định hướng và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận văn.
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới toàn thể cán bộ phòng Thí nghiệm của
Viện Công nghệ sinh học – Công nghệ thực phẩm đã giúp đỡ, hướng dẫn và tạo
điều kiện cho tôi trong quá trình nghiên cứu.
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô Viện Công nghệ Sinh học
và Công nghệ Thực phẩm – ĐHBKHN đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều
kiện giúp đỡ tôi trau dồi kiến thức chuyên môn và cuộc sống. Và chân thành cảm ơn
Ban lãnh đạo viện cùng toàn thể đồng nghiệp Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam
đã tạo điều kiện, hỗ trợ tôi trong công việc để tôi hoàn thành khóa học cao học này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn đồng môn lớp CNTP 2014B đã cùng tôi
đồng hành, cùng tôi trải qua những năm Học viên dưới mái trường ĐHBKHN thân
yêu.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới những người thân trong gia đình và toàn
thể bạn bè đã luôn là điểm tựa tinh thần vững chắc, chăm lo, động viên tôi, giúp tôi
hoàn thành tốt Luận văn.
Hà Nội, ngày 26 tháng 09 năm 2016
Nguyễn Thị Thủy
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Kết quả của luận văn này là kết quả nghiên cứu của tôi
được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Thanh Hằng
trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cùng sự giúp đỡ của tập thể các cán bộ nghiên
cứu, học viên, sinh viên đang làm việc tại phòng thí nghiệm Viện Công nghệ sinh
học – Công nghệ thực phẩm, Đại học Bách khoa Hà Nội.
Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng
tải trên các tác phẩm, tạp chí và trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của
luận văn.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với sự cam đoan trên.
Hà Nội, ngày 26 tháng 09 năm 2016
Nguyễn Thị Thủy
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
MỤC LỤC
I
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
II
MỞ ĐẦU
1
CHƢƠNG I - TỔNG QUAN
3
1.1. RONG BIỂN
3
1.1.1. Giới thiệu chung
1.1.2. Phân loại các loài rong biển ở Việt Nam
1.1.3. Đặc điểm sinh khối chi rong Chaetomorpha Linum
3
5
6
1.2 CÔNG NGHỆ LÊN MEN SẢN XUẤT ETHANOL TỪ RONG BIỂN
1.2.1 Quá trình tiền xử lý rong biển
1.2.2 Quá trình thủy phân rong biển
1.2.2.1 Cơ chế thủy phân bằng axit
1.2.2.2 Cơ chế thủy phân bằng Enzyme
1.2.3 Quá trình lên men sản xuất ethanol từ rong biển
7
7
8
9
10
11
1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT ETHANOL TỪ RONG BIỂN
1.3.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất ethanol từ rong biển trên thế giới
1.3.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất ethanol từ rong biển ở Việt Nam
11
11
16
CHƢƠNG 2 - NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
19
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU
19
2.1.1. Rong Chaetomorpha sp
2.1.2 Chế phẩm Enzyme Visocozyme L
2.1.3 Vi sinh vật
2.1.3.1 Vi sinh vật sinh enzyme thủy phân rong Lục
2.1.3.2 Vi sinh vật lên men ethanol
2.1.4 Hóa chất
19
20
20
20
20
21
2.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
21
2.2.1 Phương pháp xác định độ ẩm của rong biển khô
2.2.2 Xác định Protein tổng số bằng phương pháp Kjeldahl
2.2.3 Phương pháp xác định hàm lượng tro
2.2.4. Xác định hàm lượng lipid tổng số bằng phương pháp Folch
2.2.5 Xác định đường tổng số của rong lục và đường trong dịch thủy phân [33]
2.2.6 Xác định thành ph n đường của dịch thủy phân rong lục [33]
2.2.7 Xác định hàm lượng ethanol *34+
2.2.8 Xác định hiệu suất thủy phân
2.2.9 Xác định hiệu suất lên men.
21
22
23
24
26
27
28
29
29
2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
30
2.3.1 Nghiên cứu quá trình thủy phân rong lục
2.3.1.1 Nghiên cứu động thái của quá trình thủy phân rong lục bằng acid
2.3.1.2 Nghiên cứu động thái của quá trình thủy phân rong lục bằng enzyme
2.3.1.3 Nghiên cứu động thái của quá trình thủy phân rong lục bằng enzyme thu nhận từ vi sinh vật
2.3.2 Nghiên cứu quá trình lên men dịch thủy phân rong lục bởi chủng Red Ethanol
2.3.2.1 Chuẩn bị dịch nấm men
2.3.2.2 Nghiên cứu động thái của quá trình lên men từ dịch thủy phân bởi chủng Red ethanol
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
30
30
31
32
33
33
33
35
MHV: CB140424
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
3.1 XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN NGUYÊN VẬT LIỆU
35
3.1.1 Xác định thành ph n hóa học của rong Chaetomorpha linum.
3.1.2 Xác định hoạt độ enzyme của chế phẩm Viscoenzyme L
35
36
3.2 NGHIÊN CỨU ĐỘNG THÁI CỦA QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN RONG LỤC
36
3.2.1 Động thái của quá trình thủy phân rong lục bằng acid
3.2.2 Động thái của quá trình thủy phân rong lục bằng chế phẩm enzyme Viscozyme L
3.2.3 Động thái của quá trình thủy phân rong lục bằng chế phẩm enzyme thu nhận từ vi sinh vật
36
38
40
3.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN RONG LỤC BẰNG CÁC
TÁC NHÂN KHÁC NHAU
42
3.4. NGHIÊN CỨU ĐỘNG THÁI QUÁ TRÌNH LÊN MEN ETHANOL TỪ DỊCH
THỦY PHÂN RONG LỤC BỞI CHẾ PHẨM NẤM MEN RED ETHANOL
44
3.4.1 Động thái quá trình lên men ethanol từ dịch thủy phân rong Chaetomorpha bằng tác nhân acid
bởi chế phẩm nấm men Red ethanol
44
3.4.2 Động thái quá trình lên men ethanol từ dịch thủy phân rong lục bằng chế phẩm emzyme Visozyme
L bởi chế phẩm nấm men Red Ethanol
45
3.4.3 Động thái quá trình lên men ethanol từ dịch thủy phân rong lục bằng enzyme thu nhận từ VSV bởi
chủng nấm men Red ethanol
47
3.5. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LÊN MEN CỦA CHỦNG NẤM MEN RED
ETHANOL ĐỐI VỚI DỊCH THỦY PHÂN RONG LỤC TỪ CÁC TÁC NHÂN
THỦY PHÂN KHÁC NHAU
48
KIẾN NGHỊ
51
TÀI LIỆU THAM KHẢO
52
PHỤ LỤC
58
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
VSV
Vi sinh vật
EG
Enzyme endoglucanase
CBH
Cellobiohydrolase
BGL
Glucosidase
UI
International Unit
OD
Optical density (mật độ quang)
HPLC
High Performance Liquid Chromatography
(hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao)
AOAC 1990
Association of Official Analytical Chemist
Chaetomorpha linum
Ch.linum
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
DANH MỤC BẢNG BIỂU
ảng 1. 1 o sánh n ng suất nuôi trồng của các nguồn sinh khối ..................................................................... 4
ảng 1. 2 Các dạng carbonhydrate trong 3 ngành rong biển ............................................................................ 6
ảng 1. 3 Thành ph n hóa học rong biển và hàm lượng đường của các loài rong biển được tạo thành sau
quá trình thủy phân ........................................................................................................................................... 8
ảng 3. 1 Thành ph n hóa học của rong Chaetomorpha linum ....................................................................... 35
ảng 3. 2 Thành ph n carbonhydrate của sinh khối rong Chaetomorphalinum ............................................. 35
ảng 3. 3 Thành ph n và hàm lượng của các loại đường trong dịch thủy phân rong .................................... 37
ảng 3. 4 Thành ph n và hàm lượng của các loại đường trong dịch thủy phân rong Ch. linum ..................... 39
ảng 3. 5 Thành ph n và hàm lượng của các loại đường trong dịch thủy phân rong Ch.linum ...................... 42
ảng 3. 6 Kết quả của quá trình thủy phân rong Chaetomorpha linum bằng các tác nhân thủy phân khác
nhau ................................................................................................................................................................. 42
ảng 3. 7 Hiệu suất lên men của quá trình lên men từ dịch rong lục được thủy phân bằng axit và chế phẩm
enzyme............................................................................................................................................................. 49
DANH MỤC HÌNH
Hình 2. 1 Hình thái ngoài tự nhiên (2 &3) và dưới kính hiển vi (1 phóng đại 100 l n &); Rong MềnChaetomopha linum. ....................................................................................................................................... 19
Hình 2. 2 Nguyên liệu rong lục sau khi xử lý .................................................................................................... 19
Hình 2. 3 Tế bào nấm men chủng Red Ethanol ................................................................................................ 21
Hình 3. 1 Động thái của quá trình thủy phân rong lục bằng acid..................................................................... 36
Hình 3. 2 Sắc ký đồ các loại đường dịch thủy phân rong Chaetomorpha linum .............................................. 37
Hình 3. 3 Động thái của quá trình thủy phân rong Ch. linum bằng chế phẩm Viscozyme L ........................... 38
Hình 3. 4 ắc ký đồ của các loại đường trong dịch thủy phân rong Ch. linum ................................................ 39
Hình 3. 5 Động thái quá trình thủy phân rong lục bởi tác nhân chế phẩm enzyme thu nhận từ VSV ............. 41
Hình 3. 6 Sắc ký đồ các loại đường dịch thủy phân rong Ch. linum ................................................................. 42
Hình 3. 7 Động thái quá trình lên men ethanol từ dịch thủy phân Chaetomorpha bằng axit bởi chế phẩm
nấm men Red Ethanol...................................................................................................................................... 44
Hình 3. 8 Kết quả sắc ký xác định hàm lượng ethanol tạo thành và thành ph n dịch lên men sau 72 giờ ..... 45
Hình 3. 9 Động thái quá trình lên men ethanol từ dịch thủy phân Chaetomorpha bằng chế phẩm emzyme
Visozyme L bởi chế phẩm nấm men Red Ethanol ............................................................................................ 46
Hình 3. 1 Kết quả xác định hàm lượng ethanol tạo thành và thành ph n dịch sau lên men ......................... 47
Hình 3. 11 Động thái quá trình lên men ethanol từ dịch thủy phân Chaetomorpha bằng chế phẩm enzyme
thu nhận từ VSV bởi chế phẩm nấm men Red Ethanol ................................................................................... 47
Hình 3. 12 Kết quả sắc ký đồ thành ph n dịch sau lên men và hàm lượng ethanol tạo thành ....................... 48
DANH MỤC SƠ ĐỒ
ơ đồ 2. 1 Quy trình thủy phân rong lục bằng acid ......................................................................................... 30
ơ đồ 2. 2 Quy trình thủy phân rong lục bằng chế phẩm en yme ................................................................... 31
ơ đồ 2. 3 Quy trình thủy phân rong lục bằng chế phẩm en yme thu nhận từ
....................................... 32
ơ đồ 2. 4 Quy trình lên men dịch thủy phân rong lục bằng chế phẩm nấm men .......................................... 34
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
MỞ ĐẦU
Ngày nay, áp lực về nhu cầu năng lượng của nền kinh tế toàn cầu ngày càng
tăng, nền kinh tế thế giới phụ thuộc rất nhiều vào nhiên liệu hóa thạch, cùng với sự
gia tăng về phát triển kinh tế - xã hội, an ninh quốc phòng của mỗi quốc gia, là sự
suy giảm nguồn nhiên liệu hóa thạch, khí hậu nóng lên và ô nhiễm môi trường trên
phạm vi toàn cầu. Theo tính toán của các chuyên gia năng lượng, dầu mỏ và khí đốt
hiện chiếm khoảng 60 ÷ 80% cán cân năng lượng thế giới. Với tốc độ tiêu thụ năng
lượng như hiện nay và trữ lượng dầu mỏ hiện có, nguồn năng lượng này sẽ nhanh
chóng bị cạn kiệt trong vòng 40-50 năm tới [17]. Hơn nữa, các chất đốt hóa thạch
làm tăng lượng carbon dioxide trong khí quyển, là một trong những nguyên nhân
làm nhiệt độ trái đất ngày càng nóng lên, đây là một vấn đề mà nhiều tổ chức, quốc
gia muốn tìm cách hạn chế trong nhiều năm qua. Do đó, nhiệm vụ tìm kiếm nguồn
nhiên liệu tái tạo mới để thay thế cho nhiên liệu hóa thạch đã được đặt ra trong gần
nửa thế kỷ qua và ngày càng trở nên cấp thiết, trong đó sản xuất nhiên liệu sinh học
được nhiều quốc gia lựa chọn vì lợi ích lớn về kinh tế và môi trường.
Trước nay, ethanol sinh học đã được sản xuất đều dựa trên nguyên liệu từ
các loài cây trồng nông nghiệp (như mía đường, hạt ngũ cốc,…) đều ảnh hưởng đến
an ninh lương thực, kỹ thuật sản xuất và ảnh hưởng lớn đến môi trường. Khi sử
dụng nguồn sinh khối thực vật trên cạn gồm thực vật mộng nước, sinh khối gỗ, rác
thải nông nghiệp … để sản xuất bioethanol đòi hỏi công nghệ phức tạp do nguồn
sinh khối này chứa hàm lượng lignin tương đối cao (4,1 – 25,6%), đây là một trong
những nguồn nguyên liệu hữu cơ khó bị phân hủy [16]. Do vậy, việc sử dụng rong
biển làm nguyên liệu sản xuất ethanol thay thế cho các nguồn nguyên liệu từ cây
nông nghiệp đang được các nước trên thế giới khuyến khích tập trung nghiên cứu
sản xuất.
Việt Nam là một nước nhiệt đới có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho rong
biển phát triển. Thành phần loài rong biển của Việt nam đã được xác định khoảng
800 loài. Một số loài đã được sử dụng làm thực phẩm, chế biến các loại keo rong
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
1
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
biển, nhưng những loài có giá trị kinh tế thấp chưa được khai thác sử dụng, gây lãng
phí có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất bioethanol. Trong đó đối tượng rong
lục được thống kê là chiếm diện tích lớn, cho sản lượng cao và có hàm lượng
cacbonhydrat khá cao (chiếm trên 56%), là nguồn nguyên liệu thích hợp, ổn định và
có tiềm năng cho sản xuất nhiên liệu sinh học [4,6].
Từ tình hình thực tế trên, đề tài “Nghiên cứu khả năng thủy phân rong lục
bằng axit và enzyme đáp ứng cho quá trình sản xuất ethanol” được nghiên cứu
với những mục tiêu và nội dung sau:
-
Mục tiêu:
Xác định được thành phần dịch thủy phân rong lục bằng các tác nhân thủy
phân khác nhau, trên cơ sở đó lựa chọn được tác nhân thủy phân thích hợp làm tăng
hiệu quả của quá trình lên men ethanol.
-
Nội dung:
+ Đánh giá khả năng thủy phân rong lục bằng các tác nhân thủy phân khác
nhau
+ Xác định thành phần dịch rong lục khi thủy phân bằng các tác nhân khác
nhau
+ Đánh giá hiệu quả lên men ethanol từ dịch thủy phân rong lục
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
2
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
CHƢƠNG I - TỔNG QUAN
1.1. RONG BIỂN
1.1.1. Giới thiệu chung
Việt Nam có hệ động, thực vật vô cùng phong phú, có nhiều nguồn gen qúy
hiếm đặc trưng cho khí hậu nhiệt đới nóng ẩm. Một trong những điều kiện tạo nên
sự phong phú và giàu có ấy chính là do Việt Nam có vùng biển nhiệt đới với diện
tích rộng hơn 3,5 triệu km2 và đường bờ biển dài hơn 3600 km bao bọc hết phía
đông và phía nam đất nước [7]. Một trong những nguồn tài nguyên phong phú và
giàu có của vùng biển chúng ta chính là rong biển.
Rong biển (tên tiếng Anh là marine-alage, marine plant hay seaweed) là thực
vật thủy sinh có đời sống gắn liền với nước. Chúng có thể đơn bào, đa bào sống
thành quần thể, có kích thước hiển vi hoặc có thể dài hàng chục mét. Hình dạng có
thể là hình cầu, hình sợi, hình phiến lá hay hình thù rất đặc biệt. Rong biển thường
phân bố ở các vùng nước mặn, nước lợ, cửa sông, vùng triều sâu, vùng biển cạn...
Chúng hấp thụ một lượng thức ăn phong phú hay trôi dạt từ lục địa ra. Đời sống của
rong biển phụ thuộc vào các yếu tố: địa bàn sinh trưởng, nhiệt độ, ánh sáng, độ
muối, độ pH, muối dinh dưỡng, khí hòa tan, mức triều, sóng, gió, hải lưu [7].
Đến nay, rong biển đã được dùng làm thực phẩm trên toàn thế giới và
đã trở nên rất quen thuộc với chúng ta (rong đỏ: agar, carrageenan, rong nâu:
alginate), chúng cũng là nguồn bổ sung dưỡng chất (protein, vitamin, khoáng vi
lượng) cho thức ăn nuôi tôm, thức ăn gia súc, được dùng trong công nghiệp dệt,
nhuộm, mực in, sơn, hàn điện, lọc và hấp phụ các hợp chất, công nghiệp giấy, trong
kỹ thuật nuôi cấy vi sinh, điện di, agar, nó còn là nguyên liệu không thể thiếu cũng
như trong công nghiệp nước giải khát và đồ hộp, socola, mỹ phẩm cao cấp
(carrageenan), ngoài ra rong biển còn dùng làm chất kích thích sinh trưởng với chất
oligo alginate, laminaran (rong nâu) cùng các hợp chất như auxin, gibberelin,
cytokinin (trong hầu hết các ngành rong). Rong biển còn được sử dụng chữa trị ung
thư theo các bài thuốc gia truyền dưới dạng dùng kết hợp với các thuốc khác và
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
3
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
polyphenol trong rong nâu cũng được dùng làm trà chống lão hoá… Theo các
nghiên cứu rong biển có khả năng ứng dụng rất cao trong y học, thực phẩm, nhiên
liệu sinh học, phân bón [6]. Một trong những nguồn lợi lớn mà rong biển mang lại
cho xu thế phát triển của kinh tế toàn cầu ngày nay đó là nguồn nguyên liệu dồi dào
cho sản xuất nhiên liệu sinh học.
Với đặc điểm là sinh trưởng phát triển nhanh, có vòng đời sinh trưởng không
quá 1 năm tốc độ tăng trọng nhanh và tạo ra sinh khối lớn. So với các loại sinh khối
trên cạn, sản lượng rong biển thu hoạch hàng năm gấp 3 lần so với sản lượng cây
lương thực và 60 lần so với cây lấy gỗ. Thời gian thu hoạch liên tục nhiều lần trong
năm (4-6 lần /năm). Điều kiện nuôi trồng để rong biển sinh trưởng và phát triển đơn
giản hơn so với thực vật trên cạn. Rong biển còn dễ dàng được canh tác nuôi trồng,
sử dụng vùng biển rộng lớn, không sử dụng vật liệu khó khăn như: thuỷ lợi, phân
bón, đất,…
Bảng 1. 1 So sánh năng suất nuôi trồng của các nguồn sinh khối [4]
Thực vật trên cạn
Đƣờng-Tinh
bột
Nguyên liệu thô
Đường, bắp, các
loại củ
Thực vật biển
Gỗ
Rong biển
Gỗ mục, giấy
Các loài rong biển
Thời gian thu hoạch
1-2 lần/ năm
Ít nhất 8 năm
4-6 lần/ năm
Năng suất (tân tƣơi/ha)
180
9
565
5-10
4,6
36,7
Phức tạp (do tách
Đơn giản ( không
ligin)
chứa ligin)
Khả năng hấp thụ CO2
(tấn/ha)
Quá trình sản xuất
Đơn giản
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
4
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
Ánh sáng, CO2,
Ánh sáng, CO2,
thuỷ lợi, đất,
thuỷ lợi, đất,
phân bón
phân bón
Điều kiện nuôi trồng
Ánh sáng, CO2,
nước biển
1.1.2. Phân loại các loài rong biển ở Việt Nam
So với các nước vùng Đông Nam Á, nước ta thuộc vào nước có nguồn rong
biển phong phú và đa dạng. Với tổng số gần 800 loài rong tìm thấy ở vùng biển
Việt Nam, các tác giả Việt Nam đều cùng một quan điểm xếp chúng vào 4 ngành
trong hệ thống phân loại 10 ngành của Gollerbakh năm 1977: rong
Lam
Cyanophyta; rong Đỏ Rhodophyta; rong nâu Phaeophyta và rong Lục Chlorophyta.
Trong đó, ba ngành có giá trị kinh tế cao là rong Lục, rong Nâu và rong Đỏ.
Ngành rong Lục: có trên dưới 360 chi và hơn 5.700 loài, nét đặc trưng của
loài rong này là có màu lục, sản phẩm quang hợp là tinh bột. Rong có dạng tế bào
đơn giản hoặc phức tạp, nhiều tế bào hình phiến hay dạng sợi, chia nhánh hoặc
không chia nhánh. Trừ một số trường hợp rong chỉ là tế bào trần không có vỏ còn
lại đại đa số có vỏ riêng như chất pectin hay cellulose.
Ngành rong Nâu: Có trên 190 chi, hơn 900 loài, phần lớn sống ở biển, số
chi, loài tìm thấy trong nước ngọt không nhiều lắm. Rong có cấu tạo nhiều tế bào
dạng màng giả, dạng phiến, dạng sợi đơn giản, một hàng tế bào chia nhánh, dạng
ống hoặc phân nhánh phức tạp hơn thành dạng cây có gốc, rễ, lá, thân. Rong sinh
trưởng ở đỉnh, ở giữa, ở gốc các rong. Ngoài ra, do các tế bào rong dạng phiến chia
cắt sinh trưởng khuếch tán gọi là sinh trưởng bề mặt.
Ngành rong Đỏ: có 2.500 loài, gồm 400 chi, thuộc nhiều họ, phần lớn sống
biển, có cấu tạo từ nhiều tế bào, trừ một số dạng từ một tế bào hay quần thể. Rong
có dạng hình trụ dẹp dài, phiến chia hoặc không chia nhánh. Sinh trưởng chủ yếu ở
đỉnh, ở giữa đốt hay phân tán. Đặc trưng của loài này là chứa nhiều sắc tố đỏ [11].
Các dạng carbonhydrate trong 3 ngành rong được thể hiện trong bảng sau:
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
5
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
Bảng 1. 2 Các dạng carbonhydrate trong 3 ngành rong biển [ 2 ]
Đỏ
Lục
Nâu
Cellulose
Cellulose
Cellulose
Xylan
Xylan
-
Mannan
Mannan
-
Agar
Hetero - complex
Alginate
Carrageenan
Ion/trung tính
Fucoidan
Carragar
-
-
Xylan sulfate hóa
-
-
Các loại khác
-
-
Tinh bột
Tinh bột
Laminaran
-
Mannitol
-
-
-
-
Carbonhydrate
Hemopolysaccharide
Heteropolysaccharide
Trong tế bào
Floridean
Floridosid
Dạng khối lượng phân
Iso-floridosid
tử thấp
Sorbitol
1.1.3. Đặc điểm sinh khối chi rong Chaetomorpha Linum
Hình dạng: Rong dạng sợi, hơi cứng, dai, dài 5-10cm hoặc hơn, không chia
nhánh, có màu xanh lục phần nổi trên mặt nước hơi vàng, sợi rong ống mượt như
tơ. Khi về già màu xanh đậm hơn sợi rong dày hơn chiều ngang 100-150 µm, chiều
dài các đốt không đều nhau, chiều dài bằng chiều rộng hoặc dài gấp 1,5 lần chiều
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
6
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
ngang. Tế bào dinh dưỡng khi hình thành túi bào tử phình rộng ra 160-170 µm, có
thể sắc tố dạng lưới, nhiều hạt tạo bột. Rong sống tự do thường đan kết vào nhau
thành chùm và trộn lẫn với các loại rong khác (enteromopha, caladophra,
rhizoclonium). Rong sống trong các đầm nước lợ và phát triển mạnh vào tháng 3-9
hàng năm
Phân bố: khắp mọi nơi.
Hình thức sinh sản: Sinh sản vô tính bằng bào tử động có bốn tiêm mao. Bào tử
được hình thành ở bất kì tế bào nào của sợi, mỗi tế bào hình thành nhiều bào tử và
các bào tử thoát ra ngoài bằng một lỗ chung. Sinh sản hữu tính bằng phối tử có hai
tiên mao, kiểu heterogamia, được hình thành giống như bào tử động.
1.2 CÔNG NGHỆ LÊN MEN SẢN XUẤT ETHANOL TỪ RONG BIỂN
Rong biển là thực vật bậc thấp có cấu tạo tế bào đơn giản, nên quá trình xử lý
và thủy phân rong biển không phức tạp như các nguồn sinh khối thực vật khác.
Theo các tác giả Goh 2010, Nahak 2011 và Jones 2011 quá trình nghiên cứu và sản
xuất ethanol từ rong biển được thực hiện theo ba bước chính như sau:
- Bước 1: Xử lý sơ bộ rong biển sau thu hoạch (tiền xử lý)
- Bước 2: Thủy phân rong biển đã được xử lý thu dịch thủy phân
- Bước 3: Lên men dịch thủy phân rong biển tạo ethanol sinh học
1.2.1 Quá trình tiền xử lý rong biển
Theo báo cáo của Bruton 2009, Roesijadi 2010 hầu hết các dạng sinh khối sau
thu hoạch phải được tiền xử lý trước khi ứng dụng sản xuất nhiên liệu sinh học.
Bước đầu tiên của tiền xử lý là làm sạch nguyên liệu bằng cách loại bỏ các
mảnh vụn như đá, cát, ốc, hoặc rác có trong sinh khối. Quá trình này thường
thao tác bằng tay hoặc rửa bằng các thiết bị cơ học. Tiếp theo, sinh khối được
xay nhỏ đến kích thước 0,5 ÷ 5mm, mục đích làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc
với các tác nhân thủy phân, giúp nâng cao hiệu quả của quá trình thủy phân.
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
7
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
Cuối cùng, sinh khối được sấy khô về độ ẩm 10-15% để kéo dài thời gian bảo
quản của rong và giảm chi phí vận chuyển.
1.2.2 Quá trình thủy phân rong biển
Sinh khối rong biển sau quá trình tiền xử lý, được đưa vào quá trình thủy phân.
Quá trình thủy phân nhằm mục đích chuyển hóa các dạng polysaccharid thành
monosaccharid, làm nguyên liệu cho quá trình lên men. Rong biển được thủy phân
bằng hai phương pháp, thủy phân bằng axit và thủy phân bằng enzyme.
Nghiên cứu của Jang 2012 cho thấy carbonhydrate rong biển của cả ba loại
rong (Nâu, Đỏ, và Lục) được thủy phân một cách hiệu quả để tạo ra monosacarid
bởi axit H2SO4 loãng ở nhiệt độ cao [20]. Bốn yếu tố quan trọng tác động đến quá
trình trình thủy phân bằng acid sulfuric được xác định là nhiệt độ phản ứng, thời
gian phản ứng, nồng độ acid, và khối lượng rong biển.
Nghiên cứu của Kim 2011 chứng minh hiệu quả của việc kết hợp tiền xử lý
bằng axit sau đó thủy phân bằng enzyme trong quá trình đường hóa rong biển, tạo
ra hàm lượng đường cao 0,566 g/g của rong G. amansii và 0,376 g/g của rong
Laminaria japonica.
Theo tổng quan Na Wei 2013, quá trình thủy phân rong biển được miêu tả chi
tiết trong bảng 1.3 [23].
Bảng 1. 3 Thành phần hóa học rong biển và hàm lƣợng đƣờng của các loài
rong biển đƣợc tạo thành sau quá trình thủy phân
Thành
phần loài
Ngành
Thành phần
rong
Polysaccharide
Hàm
Thành
lƣợng
phần
Carbonhydrate
đƣờng
tổng số %
đƣờng
tạo
trong dịch
(w/dw)
thành
thủy phân
sau thủy
phân %
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
8
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
(w/dw)
Gelidium
amansii
75.2
34.6
77.2
56.6
Agar,
Gelidium
Rong
amansii
Đỏ
Glucose,
Carra-geenan,
Galactose
Cellulose
Gelidium
amansii
Laminaria
Laminaran
japonica
83.6
67.5
51.9
37.6
59.5
34
Mannitol,
Laminaria
Rong
japonica
Nâu
Sargassum
Glucose,
Alginate,
Mannitol
Fucoidan,
Cellulose
fulvellum
Ulva
lactuca
Ulva
Tinh bột,
Rong
Lục
39.6
9.6
54.3
19.4
Glucose
cellulose, Ulvan
65.2
pertusa
59.6
Bảng 1.3 cho thấy kết quả thủy phân các loại rong biển có nhiều sự khác biệt có
hiệu suất thủy phân dao động 25-80%, kết quả thủy phân phụ thuộc vào thành phần
đường của từng đối tượng rong biển.
1.2.2.1 Cơ chế thủy phân bằng axit
Theo tổng quan của Na wei 2013, dưới tác động của axit các polysaccharid của
rong sẽ bị cắt nhỏ thành các oligo hoặc mono saccharid. Các ion H+ của axit tác
động trực tiếp đến polysaccharid tại các liên kết mắt xích nối các monosacchadid tạo
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
9
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
ra các oligo hoặc monosaccharid. Quá trình thủy phân rong của axit tạo ra hỗn hợp
dung dịch đường cần cho quá trình lên men tạo ethanol. Có nhiều nghiên cứu đã sử
dụng acid sunfuric nồng độ 2% để thủy phân rong biển tạo ra dịch đường. Theo các
bài báo đã công bố, đối tượng rong biển được thủy phân bằng acid 1÷5%v/v thường
tập trung vào các loài rong đỏ vì thành phần carbonhydrate chủ yếu là carragenan và
agar, đây là hai loại polysacchrid tương đối dễ bị thủy phân trong môi trường acid
loãng và nhiệt thấp hơn 120oC [26]. Trong khi đó các đối tượng rong lục và rong
nâu có cấu trúc polysaccharid phức tạp hơn nên tác động của acid loãng thường
được sử dụng như tác nhân tiền xử lý.
1.2.2.2 Cơ chế thủy phân bằng Enzyme
Rong biển được tiền xử lý trước khi được thủy phân bằng enzyme. Quá trình
tiền xử lý nhằm các mục đích sau:
- Tách một số liên kết giữa các loại polysacharid.
- Phá hủy một số cấu trúc polyphenol gây ức chế enzyme.
- Giúp enzyme tiếp xúc trực tiếp với các polysacharid.
- Thanh trùng nguyên liệu ban đầu để tránh nhiễm vi sinh vật trong suốt thời gian
thủy phân.
Quá trình tiền xử lý sinh khối rong biển phụ thuộc vào cấu trúc sinh học của
mỗi loại rong. Theo tác giả Nadja 2013 rong lục Chaetomorpha linum được tiền xử
lý theo nhiều phương pháp, như tiền xử lý nhiệt cao 190 ÷ 2000C trong 5 phút, ở áp
xuất 1,9 Mpa và chiếu plasma trong 48 giờ [ 22].
Sau quá trình tiền xử lý, rong biển được thủy phân bởi nhóm enzyme hydrolase
là phức hệ enzyme cellulase, laminariase, galactase được thu nhận từ giống vi sinh
vật. Trong số những vi sinh vật có khả năng thủy phân sinh khối rong biển, nấm
mốc Trichoderma reesei được quan tâm nhiều hơn cả. Nấm mốc T. reesei có khả
năng sinh một loạt các enzym phân hủy cellulose, laminaran, caragenan, agar thành
đường và các cấu thành khác. Theo Kim 2011 nhóm phức hệ enzyme này tác động
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
10
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
đặc hiệu đến các polysaccharid rong biển và cắt tại các vị trí đặt hiệu tạo ra các sản
phẩm olygosaccharid và các monosaccharid (glucose, manose, lanimarin,
rhamnose…). Đây là các loại đường đơn cần cho quá trình lên men ethanol của vi
sinh vật [22]. Nitin 2013 đã nghiên cứu sử dụng enzyme Viscozyme L của hãng
Novolzyme để thủy phân các polysacchrid của rong Ulva fasciata kết quả thủy phân
thu được 88,2% đường. Theo nghiên cứu của Nadja 2013 sử dụng enzyme Cellulast
1,5L của hãng Novolzyme để thủy phân các polysacchrid của rong Chaetomorpha
linum [24].
1.2.3 Quá trình lên men sản xuất ethanol từ rong biển
Quá trình sản xuất ethanol từ rong biển tiến hành theo nguyên tắc thủy phân
sinh khối rong thành dịch đường sau đó dịch đường được lên men bởi các vi sinh
vật, và để nâng cao hiệu suất sản xuất nhiên liệu từ sinh khối rong biển, nhiều kỹ
thuật tiến bộ đã được ứng dụng.
Trong các nhóm vi sinh vật sinh ethanol, nấm men Saccharomyces cerevisiae
(S. cerevisiae) vẫn là vi sinh vật có ứng dụng rộng rãi nhất. S. cerevisiae có khả
năng tích lũy tới 18% ethanol trong các môi trường có thành phần tương đối đơn
giản. Nấm men S.cerevisiae có thể lên men nhiều đường đơn như glucose,
galactose, manose, đường đôi như sucrose, maltose. S. cerevisiae là một loại nấm
men sử dụng rộng rãi nhất trong quá trình lên men ethanol [10,20], đã được trình
bày trong nhiều nghiên cứu trước đây cho sản xuất ethanol sinh học từ sinh khối
rong biển. Nghiên cứu của tác giả Kim 2011 đã sản xuất được 7,0÷9,8 g/l ethanol
từ 50g/l dịch đường được thủy phân bằng axit của rong L. Japonica và lên men với
S. cerevisiae [21].
1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT ETHANOL TỪ RONG BIỂN
1.3.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất ethanol từ rong biển trên thế giới
Rong biển là sinh vật tự dưỡng nhờ quá trình quang hợp mà sinh trưởng, phát
triển nên sản lượng rong biển trên thế giới rất dồi dào. Theo số liệu của tổ chức
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
11
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
FAO, năm 2006 thống kê, nguồn rong biển tự nhiên ở các vùng biển trên thế giới rất
lớn, có thể sử dụng nguồn này để sản xuất ethanol sinh học thay thế cho các nguồn
lương thực khác, như Trung Quốc sản lượng rong tươi hàng năm là 323 nghìn
tấn/năm, Chile là 305 nghìn tấn/năm, Na Uy là 145 nghìn tấn/năm, Nhật Bản là 113
nghìn tấn/năm, Pháp là 75 nghìn tấn/năm và Ireland là 29 nghìn tấn/năm. Ngoài ra,
tổ chức FAO cũng thống kê các nước trồng rong lớn nhất thế giới thuộc vào các
nước Châu Á, như Trung Quốc là 10,800 nghìn tấn/năm, Philippin là 1,300 nghìn
tấn/năm, Indonesia là 900 nghìn tấn/năm và những nước khác là 2,000 nghìn
tấn/năm [18].
Năm 2009, nhóm tác giả Dubok Choi và các cộng sự của hai trường Đại học
Cho-dang và Chusun Hàn Quốc đã công bố kết quả nghiên cứu về sản xuất đường
từ nguyên liệu rong biển thô trên tờ báo Industrial and Engineering Chemistry. Kết
quả công bố, rong biển thô được cắt nhỏ 5 cm, sau đó bổ sung HCl, ascorbic acid và
NaOH từ 0,25 ÷ 2%, hỗn hợp được gia nhiệt ở 121oC; 0,98 bar, trong thời gian 13h, tác giả so sánh hiệu quả thủy phân giữa các mẫu bằng cách so sánh độ nhớt giữa
các hỗn hợp sau khi kết thúc thủy phân, trường hợp rong biển thủy phân trong
ascorbic acid cho thấy độ nhớt giảm một cách nhanh chóng, tiếp đến là mẫu xử lý
HCl và cuối cùng mẫu xử lý NaOH. Nhóm tác giả cũng công bố khi rong biển thủy
phân bằng hỗn hợp enzyme Liquozyme, Dextrozyme, Cellic HTech2 và Rapidase
trong điều kiện nhiệt độ 30oC, thời gian 360 phút thì hàm lượng đường sinh ra nhiều
hơn so với dùng ascorbic acid [27].
Năm 2010 nhóm tác giả Churl Kim và các cộng sự của trường đại học Kyung
Hee đã công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Bull. Korean Chem. Soc về sử dụng
chất lỏng ion để chuyển hóa agar thành hỗn hợp đường. Phản ứng đường hóa agar
được tiến hành như sau: Một hỗn hợp 10 g agar được trích ly từ Gelidium amansii
cho vào hỗn hợp nước chứa chất lỏng ion có tính chất acid ([Chol][HSO4]). Phản
ứng thủy phân được thực hiện ở 121oC trong 15 phút, sau đó điều chỉnh pH hỗn hợp
về 5,5 bằng cách bổ sung CaCO3 và chất lỏng ion được tách ra bằng cách ly tâm
[21].
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
12
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
Năm 2011, nhóm tác giả Kazunori Nakashima và cộng sự của trường Đại
học Kobe Nhật Bản đã công bố kết quả nghiên cứu về sản xuất bioethanol từ
cellulose bằng cách kết hợp giữa nấm men có chứa enzyme cellulase với tiền xử lý
chất lỏng ion (ionic liquid). Cellulose được tiền xử lý với các chất lỏng ion như
[Emim][Cl]; [Emim][OAc]; [Emim][DEP] ở điều kiện 80oC, thời gian 30 phút; sau
đó hỗn hợp được trung hòa bằng dung dịch đệm acetate, điều chỉnh pH về 5,0. Hỗn
hợp tiếp tục được bổ sung 5ml hỗn hợp enzyme endoglucanase (EG),
cellobiohydrolase (CBH), và glucosidase (BGL), đồng thời bổ sung 5ml nấm men
S. cerevisiae tiến hành lên men ở nhiệt độ 30oC, thời gian 96h thì hiệu suất thu
ethanol lên đến 90% và có thể tái sử dụng các chất lỏng ion đến 82% [19].
Na Uy đã nghiên cứu sản xuất ethanol từ hai loài rong nâu là Laminaria
hyperborea và Ascophyllum nodosum thành công, họ đã chiết laminaran, mannitol
từ rong nâu Laminaria hyperborea để sản xuất ethanol. Hàm lượng mannitol và
laminaran trong rong nâu khô khoảng 25 ÷ 30%. Quá trình lên men ethanol từ
mannitol nhờ vi khuẩn Zymobacter palmae, còn vi khuẩn Pichia angophorae có thể
tham gia sản xuất ethanol từ cả hai nguồn mannitol và laminaran. Những vi sinh vật
phổ biến được sử dụng để lên men ethanol là Saccharomyces cerevisiae V 7028 và
vi khuẩn Zymomonas mobilis [29].
Năm 2011 nhóm tác giả Krish Purnawan và các cộng sự của trường Đại học
Mulawarman Indonesia đã công bố kết quả nghiên cứu về sản xuất ethanol sinh học
từ rong đỏ Eucheuma cottonii trên vùng biển Baotang của Indonesia theo quy trình
sau: Rong sau khi thu hoạch được phơi khô và bảo quản trong các túi nilon, đưa về
phòng thí nghiệm được bảo quản ở nhiệt độ phòng, 100g rong khô cho vào 300 ml
nước, sau đó đun sôi ở nhiệt độ 800C trong 2 giờ cho đến khi gel được hình thành,
sau đó làm nguội xuống nhiệt độ phòng 25ml H2SO4 5% rót vào một lọ thủy tinh
chứa 100g gel rong biển đem đun sôi ở 1000C trong 2 giờ, sau đó dung dịch được
điều chỉnh về pH = 5 bằng cách nhỏ 0,1M NaOH, hàm lượng đường được xác định
theo phương pháp Nelson Somogyi là 15,8 mg/ml dịch thủy phân. Hỗn hợp được
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
13
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
lên men từ 5-6 ngày ở nhiệt độ phòng từ 28-300C bằng nấm men Saccharomyces
cereviceae thì thu được sản lượng ethanol tối đa là 4,6% [30].
Năm 2011 nhóm tác giả Leilei Ge và các cộng sự của trường College of
Food Science and Engineering và Ocean University của Trung Quốc đã công bố kết
quả nghiên cứu trên tạp chí Renewable Energy về nghiên cứu công nghệ đường hóa
bã rong để sản xuất ethanol. Nguyên liệu dùng nghiên cứu là phần bã thừa của quá
trình sản xuất alginate được xay nhỏ và sấy khô ở 40oC, sau đó bảo quản ở nhiệt độ
phòng. Bã rong được tiền xử lý bằng acid sulfuric loãng lần lượt là 0,1; 0,2; 0,5 và
1% trong thời gian 0,5; 1,0 và 1,5 giờ tại nhiệt độ 121oC. Sau đó, phần bã không tan
được lọc tách ra và rửa với nước nóng. Hỗn hợp được điều chỉnh về pH = 4,8 bằng
dung dịch đệm acetate, tiếp tục bổ sung enzyme cellulase và cellobiase để thủy
phân cellulose, hemicellulose và lignin không tan ở nhiệt độ 50oC trong 48h. Sau đó
hỗn hợp được lên men bằng Saccharomyces cerevisiae V7028 ở nhiệt độ 30oC trong
36h, thu được lượng ethanol là 41,2%, tương ứng với hiệu suất 80,8% [31].
Nhóm tác giả Mitsunori Yanagisawa và các cộng sự của Viện công nghệ
Tokyo và trường đại học công nghệ Kochi Nhật Bản đã công bố kết quả nghiên cứu
thủy phân các loài rong có chứa polysaccharide để sản xuất ethanol sinh học trên
tạp chí Process Biochemistry. Nhóm tác giả đã nghiên cứu trên ba đối tượng rong:
rong lục Ulva pertusa Kjellman, rong nâu Alaria crasssifolia và rong đỏ Gelidium
elegans Kuetzing, đối với rong lục và rong nâu sau khi thu hoạch về được phơi nắng
trong 5h để dùng làm thí nghiệm, còn rong đỏ được sấy ở 60oC trong 2 ngày. Tất cả
các loại rong đều xay nhỏ đến 0,5mm. Tổng hàm lượng carbonhydrate trong 3 loại
rong này được xác định bằng tổng của NFE (nitrogen – free extract) và phần sợi thô
được xác định bằng phương pháp chuẩn dùng phân tích thực phẩm lần lượt là 68,8;
61,0 và 83,2%, glucan trong các loại rong này lần lượt là 22,0; 24,5 và 21,8% trọng
lượng rong khô tuyệt đối. Galactan chỉ có trong rong đỏ với hàm lượng 26,5% trọng
lượng rong khô tuyệt đối. Đây là những polysaccharide chứa các đường có thể lên
men một cách dễ dàng [32].
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
14
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
Bên cạnh những công trình nghiên cứu thì nhiều quốc gia trên thế giới cũng
tập trung xây dựng những dự án sản xuất ethanol từ nguồn sinh khối rong biển, số
lượng các dự án ngày càng gia tăng và quy mô ngày càng lớn.
Tại Nhật, dự án Sunris sản xuất biethanol từ rong biển Sargassum được nuôi
trồng ở ngoài biển Nhật Bản. Kế hoạch của họ bắt đầu vào năm 2012, phát triển
công nghệ nuôi rong biển vào năm 2016, và thiết lập một quy trình sản xuất vào
khoảng năm 2020 [ 32].
Tại Na Uy, dự án sản xuất ethanol và các sản phẩm Lipids, Proteins, Iodine từ
Tại rong biển theo quỹ tài trợ của BAL’s R&D bắt đầu từ cuối năm 2010 [19].
Hàn Quốc, dự án 275 triệu USD trong 10 năm để sản xuất 400 triệu gallons
vào năm 2020 xấp xỉ 13% nhu cầu tiêu thụ trong nước. Dự án sẽ nuôi trồng rong
biển trên diện tích 8.600 ha [20].
Dự án giữa Indonesia và Hàn Quốc phát triển nhiên liệu sinh học dựa trên các
nguồn nguyên liệu rong biển của Indonesia và sử dụng công nghệ sản xuất nhiên
liệu sinh học của Hàn Quốc. Tương tự một dự án giữa chính phủ Philippin và Viện
Kỹ thuật công nghệ Hàn Quốc, đầu tư 5 triệu USD để trồng khoảng 1 triệu m2 rong
biển và sản xuất ethanol từ công nghệ Hàn Quốc [28].
Dự án Sea Gardens Project của trường University of Costa Rica với tài trợ của
World Bank để nuôi trồng rong biển sản xuất bioethanol.
Dự án Biomara, phối hợp giữa Hiệp hội Khoa học Biển Scotland và Liên minh
châu Âu với sự điều hành của 2 chính phủ Ailen và Scotland, với mục tiêu sản xuất
nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba từ sinh khối tảo. Đã đầu tư 8 triệu USD vào năm
2009, để đánh giá tiềm năng rong biển và chọn dòng microalgae để sản xuất quy mô
công nghiệp [25].
Tại Mỹ, các công ty tham gia vào dự án Nghiên cứu Năng lượng sản xuất nhiên
liệu từ rong biển gần đây và đã được Oilgae (2010) thống kê vào danh sách các
công ty tham gia sản xuất nhiên liệu sinh học từ rong biển [20].
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
15
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
Năm 2007, các nhà nghiên cứu của trường Đại học Công nghệ và Khoa học
biển (Tokyo University of Marine Science and Technology), viện nghiên cứu
Mitsubishi (Mitsubishi Research Institute), Viện Công nghiệp nặng (Mitsubishi
Heavy Industries) có kế hoạch triển khai dự án mang tên “Ocean Sunrise Project”,
dự án sẽ thành lập nông trại rong biển và xây dựng nhà máy sản xuất ethanol từ
rong biển. Dự kiến sản xuất 5,3 tỉ gallons ethanol mỗi năm [32].
Ở Irael, với dự án kỹ thuật xanh “Green Technology”, đã sản xuất thành công
ethanol từ rong biển và tính toán được rằng cứ 5 kg rong khô sẽ sản xuất được 1 lít
nhiên liệu sinh học (Irael Seambiotic Ltd) [25].
Như vậy, nhiều kết quả nghiên cứu của nhiều nhóm tác giả công bố cho thấy,
sản xuất ethanol sinh học từ rong biển có thể sử dụng nhiều phương pháp thủy phân
rong để tạo dung dịch đường như thủy phân bằng acid, enzyme hoặc kết hợp giữa
các phương pháp với nhau. Và nhiều dự án sản xuất thành công ethanol chứng minh
rằng việc sản xuất ethanol từ sinh khối rong lục là hướng đi đúng đắn trong tương
lai.
1.3.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất ethanol từ rong biển ở Việt Nam
Với điều kiện thuận lợi cho rong biển phát triển, Việt Nam đã sử dụng một
số loài làm thực phẩm, chế biến các loại keo rong biển, làm thức ăn chăn nuôi...
Nhưng có những loài có giá trị kinh tế thấp vẫn chưa được khai thác sử dụng, gây
lãng phí và những đối tượng này có khả năng nuôi trồng với năng suất cao giá thành
thấp sẽ là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho công nghệ sản xuất cồn sinh học tại
Việt Nam hướng tới thay thế có nguyên liệu sản xuất cồn từ các sản phẩm nông
nghiệp.
Hòa nhịp với xu hướng phát triển chung của thế giới, Việt Nam cũng đã có
rất nhiều các công trình nghiên cứu, khảo sát về tiềm năng phát triển nguồn tài
nguyên biển và bước đầu xuất xuất hiện những công trình nghiên cứu sản xuất
nhiên liệu sinh học từ rong biển. Đặc biệt tại Viện Nghiên Cứu và Ứng Dụng Công
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
16
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
Nghệ Nha Trang, đã có đề tài nghiên cứu về sản xuất Ethanol từ nguyên liệu rong
biển:
Lê Như Hậu,Võ Duy Triết, Nguyễn Bách Khoa, Võ Thành Trung, Ngô
Thanh Trúc, Trần Quang Thái, Võ Xuân Mai, Trần Mai Đức, Nguyễn Văn Sỹ, Lâm
Thu Ngân, 2010. Tiềm năng rong biển làm nguyên liệu sản xuất ethanol nhiên liệu
tại Việt Nam.
Và Viện Công nghệ sinh học – Công nghệ thực phẩm trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội cũng đã có những công trình nghiên cứu, đánh giá tiềm năng nguyên
liệu rong biển cho sản xuất ethanol như:
Võ Thành Trung, Lê Như Hậu, Nguyễn Thanh Hằng, 2014. Tuyển chọn các loài
rong Lục Việt Nam ứng dụng trong sản xuất cồn. Tạp chí Khoa học và Công Nghệ
52 (5A): 7-13.
Võ Thành Trung, Lê Như Hậu, Nguyễn Thanh Hằng, 2014. Nghiên cứu biến
động thành phần hóa học theo chu kỳ sống của một số loài rong Lục Việt Nam ứng
dụng trong sản xuất cồn. Tạp chí Khoa học và Công Nghệ 52 (5B): 597-604
Võ Thành Trung, Lê Như Hậu, Nguyễn Thanh Hằng, 2015. Selection of some
yeast strains for ethanol fermentation from hydrolysate solution of green seaweed
Chaetomorpha linum. Journal of Science and Technology 53 (4C) (2015).
Võ Thành Trung, Lê Như Hậu, Nguyễn Thanh Hằng, 2016. Nghiên cứu điều
kiện thủy phân rong Lục Chaetomorpha linum bằng enzyme và ứng dụng trong sản
xuất bioethanol. Tạp chí sinh học Vol 38 (2) (2016): 201-206. DOI: 10.15625/08667160/v38n234.7095
Võ Thành Trung, Lê Như Hậu, Nguyễn Thanh Hằng, Nguyễn Công Mậu,
2013. Khảo sát thành phần hóa học rong Lục Việt Nam cho ứng dụng sản xuất
ethanol. K yếu hội nghị Hóa Học toàn qu c l n thứ VI, Hà Nội, 22/11/2013, 236240.
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
17
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
Võ Thành Trung, Lê Như Hậu, Nguyễn Thanh Hằng, 2014. Nghiên cứu quá
trình chuyển hóa Cellulose thành Ethanol từ sinh khối rong ( Ulva torta) (Mert.)
Reinb. Tạp chí Khoa học và Công nghệ 52 (2D) (2014) 299-305.
Phòng nghiên cứu tảo của Viện Công Nghệ Sinh Học đã và đang nghiên cứu
diesel sinh học được sản xuất từ sinh khối vi tảo của Việt Nam.
Ngoài ra còn một nhóm nghiên cứu quá trình tiền xử lý và chuyển hóa sinh
khối rong Lục (Enteromorpha intestinalis) thành đường lên men ứng dụng trong
công nghệ sản xuất ethanol của Viện Sinh học Nhiệt đới.
Tuy vậy các nghiên cứu trên vẫn còn đang đứng trên nhiều thách thức và mới
chỉ được tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm.
Trong khuôn khổ của luận văn thạc sỹ, chúng tôi tiến hành đánh giá những
phương pháp thủy phân rong lục bằng các tác nhân thủy phân khác nhau, từ đó lựa
chọn được phương pháp và điều kiện thủy phân tối ưu cho quá trình thủy phân rong
lục trong quá trình lên men sản xuất ethanol phù hợp với điều kiện của Việt Nam.
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
18
Luận văn tốt nghiệp
Đại học Bách khoa Hà Nội
CHƢƠNG 2 - NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU
2.1.1. Rong Chaetomorpha sp
Nghiên cứu này sử dụng nguồn nguyên liệu là Rong Chaetomorpha sp.,
Ngành Chlorophyta, Lớp Ulvophyceae, Bộ Cladophorales, Họ Cladophoraceae.
Sinh khối rong Chaetomorpha sp gồm Chaetomorpha linum, Chaetomorpha
cappilaris, Chaetomorpha area, cùng chung sống với nhau trong cùng một quần thể
và có biến động tỉ lệ khối lượng giữa các loài bởi nhiều yếu tố khác nhau.
Sinh khối rong Chaetomorpha.sp được thu hoạch tại các ao hồ nước lợ, đầm
nuôi tôm và vựa muối tại xã Vĩnh Thái, TP Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa. Các mẫu
rong lục được định danh tại Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang.
(1)
(2)
(3)
Hình 2. 1 Hình thái ngoài tự nhiên (2 &3) và dƣới kính hiển vi (1 phóng đại 100 lần
&); Rong Mền-Chaetomopha linum.
Rong biển được thu hái và rửa sạch bằng nước để loại muối, cát và phơi hoặc
sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 40 ÷ 500C đến độ ẩm 12 ÷ 13% , sau đó cắt nhỏ,
nghiền mịn và bảo quản ở nhiệt độ phòng.
Hình 2. 2 Nguyên liệu rong lục sau khi xử lý
Học Viên: Nguyễn Thị Thủy
MHV: CB140424
19
