NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ VỎ HẠT ĐIỀU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT
ETHANOL SINH HỌC TỪ VỎ HẠT ĐIỀU

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN QUỐC THẮNG
NGUYỄN BÌNH PHƯƠNG THANH TRÚC
Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Niên khóa: 2009 - 2013

Tp. HCM, 08/2013


NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC
TỪ VỎ HẠT ĐIỀU

Tác giả

NGUYỄN QUỐC THẮNG
NGUYỄN BÌNH PHƯƠNG THANH TRÚC

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn
PGS. TS Trương Vĩnh

Tháng 8, 2013

i


Đại Học Nông Lâm Tp. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Bộ môn công nghệ hóa học

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

------------

-----------NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN QUỐC THẮNG

MSSV: 09139170

NGUYỄN BÌNH PHƯƠNG THANH TRÚC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

MSSV: 09139210
LỚP: DH09HH

1. Đầu đề luận án: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT
ETHANOL SINH HỌC TỪ VỎ HẠT ĐIỀU
2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):
Nghiên cứu quá trình thủy phân vỏ hạt điều.

Nghiên cứu quá trình lên men glucose và lên men dịch thủy phân.
3. Ngày giao nhiệm vụ luận án: 03/2013.
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/08/2013.
5. Họ và tên người hướng dẫn:

Phần hướng dẫn

PGS. TS Trương Vĩnh

Toàn bộ

Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua Bộ môn.
Ngày …. Tháng …. Năm 2013
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO BỘ MÔN:
Người duyệt (chấm sơ bộ):........................................................
Đơn vị: .......................................................................................
Ngày bảo vệ:..............................................................................
Điểm tổng kết: ...........................................................................
Nơi lưu trữ luận án: ...................................................................
ii

LỜI CẢM ƠN
Luận  văn  là  tác  phẩm  của  một  sinh  viên  trước  khi  rời khỏi  trường đại  học. 
Để  hoàn thành  luận  văn,  sinh  viên  cần  phải  áp  dụng  tất  cả  các  kiến  thức  và 
hiểu biết mà mình đã tích luỹ được trong suốt những năm học ở trường. Chính 
vì  vậy  những  kiến  thức  mà  em đã  tiếp  thu  được  trong  4  năm  học  tại  trường 
Đại Học Nông Lâm là  nền  tảng  vững  chắc  giúp  em hoàn  thành  luận  văn  này. 
Chúng  em  xin  chân  thành  cảm  ơn  các  thầy  cô  trong  bộ môn CÔNG NGHỆ
HÓA HỌC vì đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ trong suốt những năm vừa qua.
Chúng em  xin  chân  thành  cảm  ơn  thầy  PGS. TS Trương Vĩnh,  thầy  là 
người  đã  giúp  chúng  em  đến  với hướng nghiên cứu này, đồng thời cũng là 
người tận tình chỉ bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm và tạo mọi điều kiện 
thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt luận văn.
Cuối  cùng,  chúng  em  xin  cảm  ơn  bạn  bè  và  người  thân  trong  gia  đình, 
những  người  luôn  là chỗ  dựa  vững  chắc  và  luôn  ủng  hộ  chúng em  trong  mọi 
việc.

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Quốc Thắng
Nguyễn Bình Phương Thanh Trúc

iii


MỤC LỤC
TRANG TỰA........................................................................................................................i 
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................... iii 
MỤC LỤC .......................................................................................................................... iv 
TÓM TẮT ......................................................................................................................... vii 
ABSTRACT ..................................................................................................................... viii 
DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................................................................... ix 

DANH SÁCH BẢNG ........................................................................................................ xi 
DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT...................................................................................... xii 
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................3 
1.1 

Đặt vấn đề .........................................................................................................3 

1.2 

Mục đích đề tài .................................................................................................4 

1.3 

Nội dung ............................................................................................................4 

1.4 

Yêu cầu ..............................................................................................................4 

1.5 

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................4 

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ................................................................................................5 
2.1 

Tổng quan cây điều [10] ..................................................................................5 

2.2.1 

Tên gọi và xuất xứ .....................................................................................5 

2.2.2 

Vai trò đối với nền kinh tế Việt Nam ......................................................6 

2.2.3 

Tiềm năng và triển vọng cây điều ............................................................7 

2.2 

Sơ lược nguyên liệu Lignocellulose, Biofuel, Ethanol nhiên liệu ...............11 

2.2.1 

Nguyên liệu lignocellulose.......................................................................11 

2.2.2 

Biofuel [1] .................................................................................................21 

2.2.3 

Ethanol [15]..............................................................................................23 

2.3 

Quá trình sản xuất ethanol............................................................................27 

2.3.1 

Sơ đồ tổng quát ........................................................................................27 

2.3.2 

Thủy phân ................................................................................................28 
iv


2.3.3 
2.4 

Lên men [6] ..............................................................................................39 

Phương pháp đo lường và xác định chỉ số ...................................................53 

2.4.1 

Phương pháp chiết Soxhlet [7] ...............................................................53 

2.4.2 

Phương pháp xác định hàm lượng đường ............................................54 

2.4.3 

Xác định hàm lượng Ethanol bằng sắc ký khí [18] ..............................56 

2.4.4 

Phương pháp thống kê – xử lý số liệu [13] ............................................60 

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ..............................................................62 
3.1 

Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................62 

3.1.1 

Thời gian và địa điểm nghiên cứu .........................................................62 

3.1.2 

Đối tượng nghiên cứu ..............................................................................62 

3.1.3 

Chuẩn bị nguyên liệu ..............................................................................62 

3.2 

Thiết kế thí nghiệm ........................................................................................63 

3.2.1 

Quy trình thực hiện .................................................................................63 

3.2.2 

Sơ đồ bố trí thí nghiệm ...........................................................................64 

3.3 

Phương pháp phân tích .................................................................................65 

3.3.1 

Phương pháp xác định hàm lượng đường – phương pháp Miller [9] 65 

3.3.2 

Phương pháp xác định hàm lượng Ethanol ..........................................67 

3.4 

Thí nghiệm 1: khảo sát yếu tố nguyên liệu ..................................................69 

3.4.1 

Thí nghiệm 1.1: độ ẩm nguyên liệu [5] ..................................................69 

3.4.2 

Thí nghiệm 1.2: hàm lượng CNSL [16] .................................................71 

3.4.3 

Thí nghiệm 1.3: xác định hàm lượng chất trích ly [6] .........................74 

3.4.4 

Thí nghiệm 1.4: xác định hàm lượng cellulose [4] ...............................75 

3.4.5 

Thí nghiệm 1.5: xác định hàm lượng lignin [7] ....................................79 

3.4.6 

Thí nghiệm 1.6: xác định hàm lượng tro [7] .........................................82 

3.5 

Thí nghiệm 2: xác định điều kiện tối ưu trong quá trình thủy phân ........83 

3.5.1.  Thí nghiệm 2.1: xây dựng đường chuẩn glucose ..................................83 
3.5.2.  Thí nghiệm 2.2: khảo sát quá trình thủy phân .....................................84 
3.6 

Thí nghiệm 3: khảo sát quá trình lên men...................................................86 

3.6.1 

Thí nghiệm 3.1: so sánh hoạt tính lên men của các loại nấm men .....86 

3.6.2 

Thí nghiệm 3.2: Khảo sát lên men .........................................................87 

3.7 

Thí nghiệm 4: lên men dịch thủy phân ở điều kiện tối ưu .........................89 
v


CHƯƠNG 4 KẾT QỦA – THẢO LUẬN ........................................................................91 
4.1 

Kết quả thí nghiệm 1: khảo sát yếu tố nguyên liệu .....................................91 

4.1.1 

Thí nghiệm 1.1: độ ẩm nguyên liệu – TCVN 4048:2011 ......................91 

4.1.2 

Thí nghiệm 1.2: phân tích thành phần vỏ hạt điều ..............................91 

4.1.3 

Thí nghiệm 1.3: hàm lượng CNSL.........................................................93 

4.2 

Kết quả thí nghiệm 2: thí nghiệm thủy phân ..............................................94 

4.2.1 

Thí nghiệm 2.1: xây dựng đường chuẩn glucose ..................................94 

4.2.2 

Thí nghiệm 2.2: khảo sát quá trình thủy phân .....................................96 

4.3 

Kết quả thí nghiệm 3: khảo sát quá trình lên men ...................................106 

4.3.1 

Thí nghiệm 3.1: so sánh hoạt tính lên men của các loại nấm men ...106 

4.3.2 

Thí nghiệm 3.2: khảo sát lên men ........................................................107 

4.4 

Kết quả thí nghiệm 4: lên men dịch thủy phân ở điều kiện tối ưu ..........111 

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ......................................................................113 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..............................................................................................116 
PHỤ LỤC A .....................................................................................................................119 
PHỤ LỤC B .....................................................................................................................121 
PHỤ LỤC C .....................................................................................................................128 
PHỤ LỤC D .....................................................................................................................129 

vi

TÓM TẮT
Vỏ hạt điều chiếm tỷ lệ lớn trong các phụ phẩm chế biến thực phẩm ở Việt
Nam. Với thành phần chứa hơn 50% là cellulose và hemicellulose, vỏ hạt điều
là nguyên liệu thích hợp cho quá trình sản xuất ethanol sinh học. Luận văn này
nghiên cứu quá trình sản xuất ethanol sinh học từ vỏ hạt điều và được chia làm
hai phần. Phần đầu nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: nồng độ acid, thời
gian thủy phân và phần hai nghiên cứu quá trình lên men cơ bản và lên men
dịch thủy phân.
Vỏ hạt điều được nghiền nhỏ và không qua tiền xử lý. Sau đó được tiến hành
thủy phân bằng acid sunfuric và lên men bằng nấm men Saccharomyces 
cerevisiae.
Kết quả cho thấy, quá trình thủy phân diễn ra tốt nhất trong điều kiện: nồng
độ acid đạt 5%, thời gian phản ứng 3 giờ, ở 100 oC, tương ứng nồng độ glucose
đạt được 17.6 mg/ml.
Từ thí nghiệm thủy phân ta xác định được điều kiện tối ưu, và áp dụng nó
cho thí nghiệm lên men dịch thủy phân ở bước chuẩn bị mẫu, sau đó tiến hành
lên men dịch thủy phân. Quá trình này thu được 17% ethanol theo thể tích.

vii


ABSTRACT
Cashew nut shell large proportion of the food processing by-products in
Vietnam. With components that contain more than 50% cellulose, cashew nut
shell material is suitable for the production of ethanol. This paper studies the
production of fuel ethanol from cashew nut shell and is divided into two parts.
The first section studies the impact of factors: acid concentration, hydrolysis
time and the second fermentation research base hydrolysis and fermentation.
Cashew nut shell is crushed and without pretreatment. Then conducted

sulfuric acid hydrolysis and fermentation by Saccharomyces cerevisiae.
Results showed that hydrolysis takes place in the best conditions: 5% acid
concentration, reaction time 3 h, 100 ° C, corresponding glucose concentrations
obtained 17.6 mg / ml.
From hydrolysis experiments we determined the optimal conditions, then
fermentation hydrolysis in such conditions. This process gained 17% ethanol by
volume.

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Cấu trúc vỏ của Biomass ....................................................................................11 
Hình 2.2: Cấu trúc không gian của thành thực vật .............................................................12 
Hình 2.3: Cấu trúc cellulose ................................................................................................12 
Hình 2.4: Mô hình mô tả cấu trúc cellulose ........................................................................13 
Hình 2.5: Cấu trúc hóa học hemicellulose ..........................................................................15 
Hình 2.6: Cấu trúc galactoglucomanan ...............................................................................15 
Hình 2.7: Cấu trúc arabinoxylan .........................................................................................16 
Hình 2.8: Đơn vị cấu trúc lignin (từ trái sang: p-coumaryl alcohol, coniferyl alcohol,
sinapyl alcohol)..............................................................................................................16 
Hình 2.9: Mạng cấu trúc lignin ...........................................................................................17 
Hình 2.10: Một số ví dụ về chất trích ly (a) abietic acid; (b) cathechin; (c) palmitic acid .19 
Hình 2.11: Cấu trúc các thành phần tiêu biểu trong CNSL ................................................20 
Hình 2.12: Tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu trên thế giới ..........................................25 
Hình 2.13: Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất Ethanol nhiên liệu .....................................27 
Hình 2.14: Cơ chế quá trình thủy phân ...............................................................................29 
Hình 2.15: Sơ đồ mô tả 2 giai đoạn của quá trình thủy phân .............................................33 
Hình 2.16: Mô hình thủy phân theo giả thiết của Mok và Antal ........................................34 
Hình 2.16: Sơ đồ động học quá trình thủy phân hemicellulose ..........................................37 

Hình 2.17: Mô hình động hoc theo Kobayashi và Sakai ....................................................37 
Hình 2.18: Nấm men dưới kính hiển vi ..............................................................................45 
Hình 2.19: Chu trình sinh hóa quá trình lên men................................................................48 
Hình 2.20: Sơ đồ chuyển hóa pyruvate ...............................................................................48 
Hình 2.21: Ảnh hưởng nhiệt độ đến sự sinh trưởng nấm men............................................49 
Hình 2.22: Bộ chiết Soxhlet ................................................................................................53 
Hình 2.23: Nguyên lý khúc xạ kế .......................................................................................54 
Hình 2.24: Sơ đồ hệ thống sắc ký khí .................................................................................57 
Hình 3.1: Nguyên liệu đầu vào ...........................................................................................62 
Hình 3.2: Vỏ hạt điều sau khi nghiền qua rây 1mm ...........................................................62 
Hình 3.3: Quy trình sản xuất Ethanol nhiên liệu từ vỏ hạt điều .........................................63 
ix


Hình 3.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu quy trình sản xuất ethanol sinh học từ vỏ hạt
điều ................................................................................................................................64 
Hình 3.5: Sự chuyển hóa màu trên thuốc thử DNS ............................................................65 
Hình 3.6: Cồn kế .................................................................................................................67 
Hình 3.7: Hệ thống sắc ký khí (GC) ...................................................................................68 
Hình 3.8: (a) pha loãng với methanol; (b) sau khi lọc bỏ kết tủa .......................................69 
Hình 3.9: Quy trình định lượng CNSL ...............................................................................72 
Hình 3.10: Mẫu sau xử lý với acid 72% .............................................................................81 
Hình 3.11: Thủy phân mẫu .................................................................................................85 
Hình 3.12: (a) men Mauripan; (b) men mua chợ Nguyễn Tri Phương ...............................86 
Hình 3.13: (a) mô hình thiết bị phản ứng; (b) hệ thống thực nghiệm .................................88 
Hình 3.14: Dịch thủy phân sau trung hòa ...........................................................................90 
Hình 4.1: Thành phần vỏ hạt điều trước thủy phân ............................................................92 
Hình 4.2: Thành phần vỏ hạt điều sau thủy phân với acid 5% và 3 giờ .............................93 
Hình 4.3: Dịch chiết vỏ hạt điều .........................................................................................93 
Hình 4.4: Dịch thủy phân sau trung hòa với NaOH............................................................94 

Hình 4.5: Đường chuẩn glucose..........................................................................................95 
Hình 4.6: (a) dãy chuẩn trước khi đun; (b) dãy chuẩn sau khi đun ....................................96 
Hình 4.7: Dịch sau thủy phân..............................................................................................97 
Hình 4.8: Mối quan hệ giữa pH và lượng NaOH cần trung hòa .........................................98 
Hình 4.9: Hàm lượng đường mẫu đối chứng ......................................................................99 
Hình 4.10: Hàm lượng đường theo thời gian ....................................................................101 
Hình 4.11: Thành phần vỏ hạt điều trước và sau phản ứng thủy phân bằng acid 4%, 3h 104 
Hình 4.12: Thành phần vỏ hạt điều trước và sau thủy phân bằng acid 5%, 3h ................105 
Hình 4.13: (a) men chợ; (b) men Mauripan ......................................................................106 
Hình 4.14: (a) hệ thống lên men; (b) cột nước..................................................................108 
Hình 4.15: Đồ thị biểu thị mối liên quan giữa hàm lượng đường và

thể tích CO2 .108 

Hình 4.16: Đo độ cồn ........................................................................................................109 
Hình 4.17: Đồ thị biểu thị giá trị độ cồn ...........................................................................110 
Hình 4.18: (a) dịch thủy phân; (b) trước lên men; (c) sau lên men ..................................111 
Hình 5.1: Quy trình sản xuất Ehanol đề xuất ....................................................................114 
x


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1: Diện tích điều phân theo đơn vị Hành chánh năm 2006. .....................................8 
Bảng 2.2: Diện tích , năng suất và sản lượng điều từ 1996-2006. ......................................10 
Bảng 2.3: Phân loại các cơ sở chế biến theo công suất.......................................................10 
Bảng 2.4: Thành phần của vài loại lignocellulose ..............................................................11 
Bảng 2.5: Thành phần hóa học của nấm men .....................................................................41 
Bảng 3.1: Dãy chuẩn glucose..............................................................................................66 
Bảng 4.1: Kết quả độ ẩm nguyên liệu đầu vào ...................................................................91 
Bảng 4.2: Thành phần vỏ hạt điều trước thủy phân tính theo % ........................................91 

Bảng 4.3: Thành phần rơm rạ theo Trần Diệu Lý [6] ........................................................92 
Bảng 4.4: Thành phần thân cây ngô sau thu hoạch theo Nguyễn Xuân Cự [2] ..................92 
Bảng 4.5: Thành phần vỏ hạt điều sau thủy phân với acid 5% và 3 giờ .............................93 
Bảng 4.6: Hàm lượng CNSL trong nguyên liệu đầu vào ....................................................93 
Bảng 4.7: Mật độ quang ứng với các nồng độ glucose .......................................................95 
Bảng 4.8: Hàm lượng acid anacardic ứng với các khoảng thời gian ..................................97 
Bảng 4.9: Kết quả hàm lượng đường với mẫu đối chứng ...................................................99 
Bảng 4.10: Kết quả hàm lượng glucose (mg/ml) ..............................................................100 
Bảng 4.11: Khả năng chuyển hóa các lignocellulose trong quá trình thủy phân ..............104 
Bảng 4.12: Hiệu quả chuyển hóa các lignocellulose trong quá trình thủy phân...............105 
Bảng 4.13: Kết quả thể tích CO2 .......................................................................................107 
Bảng 4.14: Kết quả độ cồn ................................................................................................109 
Bảng 4.15: Hiệu suất chuyển hóa đường khử trong quá trình lên men ............................112 

xi


DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
CNSL

Cashew Nut Shell Liquid

GC

Gas chromatography

GDP

Gross Domestic Product

HACCP

Hazard Analysis and Critical Control Points

ISO

International Standard Organization

xii


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Trong khoảng chục năm trở lại đây, nhóm cây công nghiệp ngày càng nổi
bật trong cơ cấu kinh kế Việt Nam. Một trong số đó, nhân hạt điều với kim
ngạch xuất khẩu đứng đầu thế giới và không ngừng tăng hằng năm.
Trong tháng 10/2012, Việt Nam xuất khẩu 20.000 tấn hạt điều đạt kim
ngạch 135 triệu USD. Tính chung 10 tháng đầu năm, lượng điều xuất khẩu ước
đạt 181.000 tấn, kim ngạch 1,224 tỉ USD, tăng 25,8% về lượng và 2,1% về giá
trị so với cùng kỳ năm 2011. Nhờ đó, Việt Nam tiếp tục là nước xuất khẩu hạt
điều nhân số một thế giới. [10]
Với lượng xuất khẩu đạt trên 220.000 tấn/năm (theo kinhte24h.com) và
đóng góp không nhỏ vào GDP quốc gia, cây điều trở thành một trong những
cây công nghiệp trọng điểm.
Với một lượng lớn nhân điều được xuất khẩu mỗi năm, một vấn đề tồn tại

song song đó là lượng vỏ hạt điều tồn đọng. Với năng lực nội tại, việc khai thác
tiềm năng của vỏ hạt điều là chưa thiết thực, bởi cho tới thời điểm này,vỏ hạt
điều chỉ được dùng làm thức ăn gia súc, ép lấy dầu hay thu lấy dịch hạt điều
(CNSL) dùng cho các ngành công nghiệp khác và cuối cùng dùng làm chất đốt.
Tất cả sự trưng dụng đó vẫn chưa đánh giá hết tiềm năng của vỏ hạt điều,
thực tế hàm lượng vỏ chiếm khoảng 60% toàn bộ hạt thu hoạch, tương ứng
lượng vỏ thải ra khoảng 330.000 tấn/năm.
Nhận thấy được điều đó và xuất phát từ nhu cầu thực tế, cùng sự gợi ý và hỗ
trợ của PGS. Ts Trương Vĩnh, chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy
trình sản xuất ethanol sinh học từ vỏ hạt điều”.
3


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

1.2 Mục đích đề tài
 Nghiên cứu khả năng sản xuất ethanol sinh học từ vỏ hạt điều.
1.3 Nội dung
 Phân tích thành phần hóa học của vỏ hạt điều
 Thực hiện thủy phân vỏ hạt điều bằng acid sunfuric với các nồng
độ khác nhau và các khoảng thời gian khác nhau;
 Lên men glucose và khảo sát khoảng nồng độ dịch tối ưu;
 Đánh giá khả năng sản xuất ethanol từ vỏ hạt điều qua thí nghiệm
lên men dịch thủy phân.
 So sánh hiệu quả sản xuất ethanol sinh học từ vỏ hạt điều với các
nguyên liệu khác như rơm rạ, thân bắp.
1.4 Yêu cầu
 Tìm được điều kiện tối ưu của quá trình thủy phân;

 Xác định khoảng tối ưu của nồng độ dịch lên men;
 Đưa ra quy trình công nghệ sản xuất ethanol sinh học từ vỏ hạt
điều.
 Đánh giá tính khả thi của sản xuất ethanol sinh học từ vỏ hạt điều.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
 Phương pháp xử lý số liệu trên excel;
 Phương pháp bố trí thí nghiệm, thống kê và xử lý số liệu trên
Stagraphic.

4


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan cây điều [10]
2.2.1 Tên gọi và xuất xứ
Cây điều có tên khoa học là Anacardium occidentale L, thuộc họ thực vật
Anacardiaceae, bộ Rutales, tên thương mại là Cashew nut tree.
Ở nhiều tỉnh miền Bắc và miền Trung nước ta cây điều còn được gọi là cây
Đào lộn hột. Sở dĩ có cái tên như vậy vì nhìn vẻ bề ngoài trái điều giống trái
đào có hột nằm bên ngoài, thực ra cái mà ta thường gọi là trái chỉ là phần cuống
của trái phình to ra, còn trái chính là hạt điều.
Cây điều thuộc lọai cây gỗ, cao trung bình 6 – 10m; rễ cọc đâm rất nhanh; lá
đơn, nguyên, dầy cuống ngắn; hoa nhỏ màu vàng, gồm 2 loại hoa là hoa đực và
hoa lưỡng tính, thụ phấn chéo nhờ gió và côn trùng. Thời gian ra hoa kết trái là
từ tháng 10 cho đến tháng 3 năm sau.

Cách đây vài thế kỷ cây điều chỉ là một loài cây mọc tự nhiên hoang dại ở
vùng đảo Ăngti, miền Đông Bắc Brazil và lưu vực sông Amazon ở Nam Mỹ, cư
dân địa phương đã thu lượm trái và hạt điều để làm khẩu phần quan trọng trong
bữa ăn của họ. Vào thế kỷ 16 khi Bồ Đào Nha và Tây Ban Nha xâm chiếm Nam
Mỹ các thủy thủ của họ đã mang hạt điều ra khỏi quê hương lãnh thổ của nó
đem đến trồng thử tại một số thuộc địa ở Trung Mỹ, Đông Phi và Ấn Độ. Vì
vậy có thể xem thời điểm này là mốc thời gian chuyển cây điều từ trạng thái
hoang dã sang dạng giống cây trồng của con người.
Suốt mấy thế kỷ, kể từ khi cây điều được mang ra khỏi quê hương của nó,
cây điều chỉ được trồng với mục đích che phủ đất, chống xói mòn là chính, còn
việc sử dụng làm thực phẩm chỉ là mục tiêu kết hợp. Đầu thế kỷ 20 khi những
lô hàng nhân hạt điều đầu tiên nhập vào nước Mỹ, được thị trường nước Mỹ
tiêu thụ một cách nhanh chóng đã kích thích các nhà sản xuất, kinh doanh đầu
5


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

tư nghiên cứu, sản xuất và chế biến hạt điều để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng
cao trên thị trường thế giới.
Cây điều có những sản phẩm sau:
 Trái điều: chứa nhiều vitamin B và C, có thể ăn sống, nấu canh, chế
biến làm nước giải khát, làm thức ăn gia súc …
 Nhân hạt điều: có giá trị kinh tế cao nhất trong các sản phẩm của
cây điều, có giá trị dinh dưỡng cao, dùng để ăn, sử dụng trong công
nghệ chế biến thực phẩm (chocola, bánh, kẹo…)
 Dầu vỏ hạt điều: được ly trích từ vỏ hạt điều trong quá trình chế
biến tách nhân hạt điều, được sử dụng điều chế Verni, sơn chống

thấm, dầu sơn mài…, phần vỏ còn lại sau khi ly trích dầu được sử
dụng làm chất đốt.
 Lá và thân cây: được sử dụng làm dược liệu, hóa chất…
 Gỗ: thân cây điều dùng để làm đồ mộc, nguyên liệu giấy…
2.2.2 Vai trò đối với nền kinh tế Việt Nam
Theo Tổng cục thống kê năm 2006 Việt Nam hiện có 327.800 ha điều, trong
đó diện tích điều thu hoạch là 219.000 ha, sản lượng hạt điều thu hoạch hàng
năm là 238.368 tấn.
Theo báo cáo năm 2006 của Cục thống kê của 23 tỉnh thành thì Việt nam
hiện có 349.000 ha điều, trong đó có 223.918 diện tích đang thu hoạch, sản
lượng thu hoạch hàng năm là 238.368 tấn.
Theo báo cáo của Hiệp hội điều Việt Nam thì sản lượng năm 2006 là
360.000 tấn, số liệu này đáng tin cậy hơn vì Hiệp hội điều là đơn vị trực tiếp thu
mua hạt điều. Với sản lượng điều trên và nhập thêm 110.000 tấn hạt điều để đáp
ứng công suất chế biến của trên 200 nhà máy chế biến hạt điều.
Năm 2006 Việt Nam xuất khẩu được 110.000 tấn nhân hạt điều, với giá trị
kim ngạch là 500.000.000 USD, đứng hàng thứ 2 trên thế giới sau Ấn Độ về
nhân điều thô xuất khẩu và đứng hàng thứ tư về kim ngạch xuất khẩu trong
ngành nông nghiệp Việt Nam sau gạo, cao su và cà phê. Cùng với việc tạo kim
6


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

ngạch cho quốc gia, ngành sản xuất chế biến hạt điều còn tạo công ăn việc làm
cho trên 500.000 lao động, trong đó 200.000 cho lĩnh vực sản xuất và 300.000
lao động cho lĩnh vực chế biến.
Nhận thấy hiệu quả kinh tế và xã hội như trên, Chính phủ đã ban hành nhiều

chính sách, chủ trương chỉ đạo từ trung ương đến địa phương tập trung các
nguồn lực phát triển cây điều để đến năm 2010 tổng diện tích cây điều là
500.000 ha, sản lượng trên 400.000 tấn/năm.
2.2.3 Tiềm năng và triển vọng cây điều
Cây điều được trồng ở Việt Nam từ thế kỷ XVI, do các Giáo sĩ người Bồ
Đào Nha hoặc các chủ đồn điền cao su người Pháp đem vào trồng thử dưới
dạng cây vườn phân tán ở một số tỉnh phía nam Việt Nam. Suốt một thời gian
dài cây điều không được chú ý đến, nó phát triển một cách tự phát, được trồng
để làm ranh hoặc cây bóng mát, sản phẩm chính của nó là trái điều chứ không
phải là hạt điều, mãi đến năm 1981 cây điều mới được khai thác đúng theo giá
trị kinh tế của nó. Cây điều được trồng ở 4 vùng sinh thái nông nghiệp: Đông
Nam bộ, Tây Nguyên, Duyên hải Trung bộ và Đồng bằng sông Cửu Long;
trong đó Vùng Đông Nam bộ chiếm 70% diện tích điều toàn quốc. Nhận thấy
tầm quan trọng và hiệu quả kinh tế của cây điều, ngày 07/05/1999 Chính phủ đã
ban hành quyết định số 120/1999/QĐ-TTG phê duyệt đề án phát triển điều đến
năm 2010 với mục tiêu là xuất khẩu trên 100.000 tấn điều nhân; phát triển điều
ở những vùng có điều kiện, kết hợp cải tạo, thâm canh và trồng mới cây điều;
Tăng thu nhập, giải quyết việc làm đối với vùng nghèo và hộ nghèo.
Theo thống kê, Việt Nam hiện có 433.546 ha điều thì chỉ có 128.737 ha
trồng giống điều cao sản mới chiếm 29,69 %, còn lại 304.809 là trồng giống
điều cũ.
Qua bảng 2.1 ta thấy cây điều được trồng trên 23 Tỉnh, Thành. Phân bố từ
Quảng Trị đến Kiên Giang, chia làm 5 vùng, trong đó vùng có diện tích và hiệu
quả kinh tế cao nhất là vùng miền Đông Nam bộ. Đây là vùng có tiềm năng
nhất để phát triển cây điều cả về năng suất và diện tích.
7


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

Bảng 2.1: Diện tích điều phân theo đơn vị Hành chánh năm 2006.

STT

HẠNG MỤC

I
1
II
2
3
4
5
6
III
7
8
9
10
11
IV
12
13
14
15
16
17
18

19
V
20
21
21
23

Vùng bắc trung bộ
Quảng Trị
Vùng DHTB
Quảng Nam
Quảng Ngãi
Bình Định
Phú Yên
Khánh Hòa
Vùng Tây Nguyên
Kontum
Gia Lai
Đăk Lăk
Đăk Nông
Lâm Đồng
Vùng Đông nam bộ
Ninh thuận
Bình Thuận
TP.HCM
Bình Dương
Tây Ninh
Đồng Nai
BR-VT
Bình Phước

Vùng ĐBSCL
Long An
An Giang
Kiên Giang
Trà Vinh
Cộng

Diện tích
điều năm
2006
(ha)
80
80
33.684
1667,0
3414,0
18.690,0
4.320,0
5.593,0
88.871,0
894,0
19.727,0
35.505,0
20.939,0
11.806,0
308.236,0
5.220,0
27.783,0
512,0
10.591,0

5.145,0
50.092,0
14.632,0
196.029,0
2.675,0
75,0
941,0
1.305,0
354,0
433.546,0

Số huyện,
thị xã có
trồng điều
3
3
39
6
7
11
8
7
45
6
12
13
7
7
5
10

2
7
8
11
7
8
13
3
3
4
3
158

Số huyện,
thị có trên
>1000 ha

Sốphường,
xã có trên
>300 ha

9

27

6
1
2
23

27
71

7
7
6
3

22
18
17
14

2
7

31

3
2
9
3
8

11
31
15
60

66

246

Nguồn: Thống kê của các tỉnh thành [10]

Theo các nghiên cứu của Bộ Lâm nghiệp, năm 1975 Việt Nam có 500 ha
điều trồng dưới dạng phân tán, đến năm 1995 có 190.300 ha đa số được trồng
dưới dạng tập trung (> 0.1 ha), năng xuất 500 kg/ha và đến năm 2005 có
433.000 ha, năng suất 1060 kg/ha, như vậy diện tích tăng hơn 800 lần so với
năm 1975 và năng suất tăng gấp 2 lần so với năm 1995. Năm 1988 Việt Nam
xuất ra thị trường thế giới 33 tấn nhân hạt điều, thì đến năm 2005 Việt Nam
xuất ra thị trường thế giới 110000 tấn, tăng 3.7 lần. Nhìn chung ta thấy cây điều
đã tăng rất nhanh về diện tích cũng như năng suất, tạo điều kiện thuận lợi cho
sự nghiệp phát triển cây điều tại Việt Nam.
8


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

Năm 1988 Việt Nam chỉ có 3 cơ sở chế biến hạt điều với tổng công suất là
1000 tấn/năm, thì đến năm 2006 đã có 245 cơ sở chế biến hạt điều với tổng
cộng suất thiết kế là 731.000 tấn/năm, trong đó có 7 doanh nghiệp đạt tiêu
chuẩn HACCP và 6 doanh nghiệp được cấp chứng chỉ ISO - 9001, với công
suất này nguồn nguyên liệu trong nước phải tăng gấp đôi mới đáp ứng được nhu
cầu của các cơ sở chế biến. Ngành công nghệ chế biến đã có sự tăng trưởng cao,
nhờ đã tận dụng tốt các thuận lợi, thiết bị sản xuất trong nước, thiết bị công
nghệ luôn được cải tiến nên đã sản xuất ra nhân điều đạt chất lượng và tỷ lệ thu
hồi cao.

Thị trường xuất khẩu chủ lực của nhân điều Việt - Nam là Mỹ: 42%, Trung
Quốc: 17%, EU:20%, Australia, Canada, Nhật…và đang được mở rộng. Nhiều
nhà nhập khẩu của EU, Mỹ đã đánh giá chất lượng nhân điều VN thơm ngon
hàng đầu thế giới. Ngoài sản phẩm chính là nhân điều, mỗi năm ta còn sản xuất
15.000 tấn dầu vỏ hạt điều do 10 cơ sở chế biến dầu sản xuất, tạo thêm 6.45
triệu USD.
Song song với sự phát triển của ngành điều, các nhà Khoa học Nông nghiệp
Việt Nam cũng đầu tư nghiên cứu để tìm ra những giống điều mới có năng suất
cao, những quy trình chăm sóc và phòng trừ sâu bệnh góp phần làm tăng năng
suất cây điều, cụ thể như Viện khoa học kỹ thuật miền Nam, Viện cây lâm
nghiệp, Viện cây ăn quả…
Các chương trình khuyến nông từ Trung ương đến địa phương đều ưu tiên
cho công tác phát triển cây điều với các biện pháp tập huấn, chuyển giao kỹ
thuật và đầu tư hỗ trợ vốn các mô hình đầu tư thâm canh, cải tạo diện tích điều
giống cũ và trồng mới giống điều cao sản.

9


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

Bảng 2.2: Diện tích , năng suất và sản lượng điều từ 1996-2006.
Diện tích điều tổng số

Diện tích điều thu hoạch (ha)

( ha )

Năng Suất

Sản lượng

( Tấn/ha )

( Tấn )

1996

190.373

95.754

0,56

53.491

1997

197.081

107.801

0,55

58.837

1998

204.455

117.835

0,54

63.161

1999

193.537

139.681

0,39

55.118

2000

188.069

148.838

0,40

59.721

2001

199.274

146.518

0,64

94.069

2002

214.594

161.957

0,74

119.461

2003

240.645

176.442

0,83

145.751

2004

261.406

186.663

0,91

168.973

2005

297.524

201.892

0,99

200.367

2006

349.674

223.918

1,06

238.368

Nguồn: Niên giám thống kê các tỉnh [10]

Với những ưu thế và những kết quả đạt được trong những năm qua, cây điều
đã hoàn toàn khẳng định được tiềm năng và triển vọng tốt trong hệ thống giống
cây trồng tại Việt Nam.
Bảng 2.3: Phân loại các cơ sở chế biến theo công suất.

Công suất (tấn/năm )

Số lượng ( cơ sở )

> 10.000

13

5.000 – 10.000

25

2.000 - 5.000

50

< 2.000

126

10


Khóa luận
n tốt nghiệpp

G
GVHD: PGS
S. TS Trươnng Vĩnh

2.2 Sơ lư
ược nguyên
n liệu Lign
nocellulose,, Biofuel, E
Ethanol nhiiên liệu
2.2.1 Ngguyên liệu lignocellulo
l
ose
2.2.1.1 Cấu trúc lignocellullose [12]
nh của vật liệu lignoccellulose làà cellulose, hemicellulose,
Thành phần chín
lignin, cácc chất trích ly và tro.
Bản
ng 2.4: Thàành phần của vài loại liignocellulosse

Nguồn: Hồ
H Sĩ Tráng, 2003

Về cơ bản, trong
g lignocelluulose, cellullose tạo thàành khung chính và đđược
b những chất
c
có chứ
ức năng tạo mạng lướii như hemiccellulose vàà kết
bao bọc bởi

dính như lignin.
l
Celllulose, hem
micellulose và
v lignin sắắp xếp gần nhau
n
và liênn kết
cộng hóa trị với nhau
u. Các đườnng nằm ở mạch
m
nhánhh như arabin
nose, galacttose,
m thường liênn kết với lig
gnin.
và acid 4-O-methylgllucuronic làà các nhóm

Hình 2..1: Cấu trúcc vỏ của Bioomass
((Nguồn: natture.com)
11


Khóa luận
n tốt nghiệpp

G
GVHD: PGS
S. TS Trươnng Vĩnh

Các  mạch 
m

celluloose tạo  thànnh  các  sợi  cơ 
c bản.  Cácc sợi  này  đư
ược gắn  lạii  với 
nhau nhờ hemicelluloose tạo thànnh cấu trúc vi sợi, với chiều rộngg khoảng 255nm.
ởi hemicelluulose và liggnin, giúp bảo vệ
b
celluulose
Các vi sợii này được bao bọc bở
khỏi sự tấấn công của ezyme cũnng như các hóa
h chất troong quá trìn
nh thủy phânn.

nh 2.2: Cấu trúc khôngg gian của thhành thực vật
v
Hìn
(Nguồồn: www.inttegrofuels.ccom)
2.2.1.2
2 Cellulosee [15]
Celluloose là một  polymer m
mạch thẳng của D-gluucose, các D
D-glucose đđược 
liên  kết với 
v nhau  bằằng  liên  kếtt  1 – 4  gluucosid.  Celllulose  là  loại  polymer phổ 
biến nhất  trên trái đấất, độ trùng hợp đạt đư
ược 3500 – 10000 DP.. Các nhóm
m OH 
ở hai đầu  mạch có tínnh chất hoààn toàn khác nhau, cấuu trúc hemiiacetal tại C
C1 có 
tính khử, trong khi đđó OH tại C
C4 có tính chất của rượ

ợu.

Hình
h 2.3: Cấu trúc celluloose
(Nguồn:: www.geneeralbiomasss.com)

12


Khóa luận
n tốt nghiệpp

G
GVHD: PGS
S. TS Trươnng Vĩnh

Các  mạch 
m
cellulo
ose  được  liên  kết  với nhau  nhờ liên  kết  hyydro  và  liênn  kết 
Van  Der Waals, hình
W
h thành hai vùng cấu ttrúc chính làà kết tinh vvà vô định hhình. 
Trong  vùn
ng  kết  tinh,, các  phân tử  cellulosse  liên  kết chặt  chẽ  với 
v nhau,  vvùng 
này  khó  bị 
b tấn  côngg  bởi  enzym
me cũng như
ư hóa chất. Ngược lại, trong vùnng vô 

định  hìnhh,  cellulose  liên  kết  khhông  chặt  với
v nhau  nnên  dễ  bị  tấấn  công.  Cóó  hai 
kiểu cấu trrúc của celllulose đã đư
ược đưa ra nhằm mô tảả vùng kết ttinh và vùnng vô 
định hình..

Hình
H
2.4: Mô
M hình môô tả cấu trúcc cellulose
(Nguồnn: chemed.cchem.wisc.edu)
Kiểu Fringed
F
Fibbrillar: phânn tử cellullose được kkéo thẳng và định hư
ướng 
theo chìều
u  sợi.  Vùngg  tinh  thể  ccó  chiều  dàài  500  Å  vàà  xếp  xen  kẽ 
k với  vùng  vô 
định hình..
Kiểu Folding
F
chaain: phân tử
ử cellulose gấp khúc ttheo chiều  sợi. Mỗi đơ
s
ơn vị 
lặp  lại có  độ  trùng  hợp 
h khoảngg  1000,  giớ
ới  hạn  bởi hai  điểm  a 
a và  b  như trên 
s xếp  thàành  chuỗi  nnhờ  vào  cácc  mạch  gluucose 

hình  2.4. Các  đơn  vịị đó  được  sắp 
v trí  này  rất 
r dễ  bị  thhủy phân.  Đối 
Đ với  cácc  đơn  vị  lặpp  lại,  hai  đầầu  là 
nhỏ,  các  vị 
vùng vô đđịnh hình, ccàng vào giiữa, tính chất kết tinh càng  cao.  Trong  vùngg  vô 
định  hình
h,  các  liên  kết    -  gllucosid  giữa  các  monomer  bị thay  đổi  góc liên 
kết,  ngay  tại  cuối  cáác  đoạn  gấpp,  3  phân  tử 
t monomeer  sắp  xếp  tạo 
t sự  thayy đổi 
13


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: PGS. TS Trương Vĩnh

180o  cho  toàn  mạch.  Vùng  vô  định  hình  sẽ  dễ  bị  tấn  công  bởi  các  tác  nhân 
thủy  phân hơn  vùng  tinh  thể vì sự  thay  đổi góc  liên  kết của các liên  kết cộng 
hóa  trị  sẽ làm  giảm  độ  bền  nhiệt  động  của  liên  kết,  đồng  thời  vị  trí  này 
không tạo được liên kết hydro.
Cellulose  được  bao  bọc  bởi  hemicellulose  và  lignin,  điều  này  làm  cho 
cellulose khá bền vững với tác động của enzyme cũng như hóa chất.
2.2.1.3 Hemilcellulose [8]
Hemicellulose  là  một  loại  polymer  phức  tạp  và  phân  nhánh,  độ  trùng  hợp 
khoảng  70 đến  200  DP.  Hemicellulose  chứa  cả  đường  6  gồm  glucose, 
mannose và galactose và đường 5  gồm  xylose và arabinose. Thành phần 
cơ bản của hemicellulose là xylopyranose,  liên  kết  với  nhau  bằng  liên  kết  β
(1,4).

Cấu tạo của hemicellulose khá phức tạp và đa dạng tùy vào nguyên liệu, tuy
nhiên có một vài điểm chung gồm:
 Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β -(1,4);
 Xylose là thành phần quan trọng nhất;
 Nhóm  thế  phổ  biến  nhất  là  nhóm  acetyl  O  –  liên  kết  với  vị  trí  2 
hoặc 3;
 Mạch  nhánh  cấu  tạo  từ  các  nhóm  đơn  giản,  thông  thường  là 
disaccharide  hoặc trisaccharide.  Sự  liên  kết  của  hemicellulose 
với các polysaccharide khác và với lignin là nhờ các mạch nhánh 
này.  Cũng  vì  hemicellulose  có  mạch  nhánh  nên  tồn tại ở dạng vô 
định hình và vì thế dễ bị thủy phân.
Gỗ cứng, gỗ mềm và nguyên liệu phi gỗ có các đặc điểm hemicellulose khác 
nhau:
Gỗ cứng chủ yếu có hai loại hemicellulose:
Acetyl-4-O methylglucuronoxylan, là một loại polymer có mạch chính gồm
β-D- xylopyranose liên kết với nhau bằng liên kết β-D (1,4). Trong đó 70% các
14