Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ xử lý rong lục Việt Nam và lên men Ethanol góp phần phát triển cồn nhiên liệu

MỞ ĐẦU
Khi nhu cầu năng lượng thế giới tiếp tục tăng và nguồn nhiên liệu hóa
thạch đang giảm, nhiên liệu sinh học là giải pháp thay thế thích hợp.
Ethanol là sản phẩm nhiên liệu được sử dụng phổ biến nhất và được nhiều
quốc gia tập trung nghiên cứu. Tuy nhiên nguồn nguyên liệu sản xuất
ethanol còn có hạn chế là chiếm một lượng lớn đất nông nghiệp, cũng như
nguồn nước, thời gian và công chăm sóc, canh tác, đặt biệt ảnh hưởng an
ninh lương thực. Trước tình hình đó, tìm ra một nguồn nguyên liệu mới
trong việc sản xuất cồn sinh học được đẩy mạnh. Rong biển là một lựa
chọn thích hợp và đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Rong
biển có sản lượng tự nhiên lớn, vòng đời sinh trưởng ngắn, dễ thu hoạch,
giá thành rẻ và nuôi trồng thu được sinh khối lớn. Hàm lượng carbohydrate
cao từ 40 - 79,4 %, rong có lignin thấp dễ thủy phân, thành phần đường chủ
yếu là đường 6 carbon nên đễ dàng lên men đạt hiệu suất khoảng 70-90%.
Việt Nam có bờ biển dài hơn 3200 km có chứa sinh khối rong biển rất
lớn, trong đó rong lục là phổ biến nhất. Ước tính mỗi năm có khoảng 2
triệu tấn khô được tạo thành. Tuy nhiên rong lục chưa được sử dụng hợp lý,
chỉ có số ít loài được nghiên cứu chế biến các sản phẩm sinh học, số còn lại
tự phân hủy ngoài tự nhiên gây ô nhiễm. Vì vậy nghiên cứu sản xuất
ethanol từ rong lục là một giải pháp thích hợp để tạo ra nhiên liệu sạch, giải
quyết ô nhiễm môi trường và gia tăng lợi ích kinh tế cho người dân ven
biển.
Để sản xuất được ethanol nhiên liệu từ rong lục, cần phải tiến hành các
bước: lựa chọn đối tượng rong lục thích hợp, đảm bảo sinh khối ổn định
bằng tiến hành nuôi trồng gia tăng sinh khối, sử dụng các kỹ thuật xử lý
nguyên liệu, tìm các phương pháp thích hợp để đường hóa rong lục và lên
men tạo ethanol. Về nghiên cứu sản xuất ethanol nhiên liệu từ rong lục tại
Việt Nam hiện nay mới được đề cập tuy vậy vẫn chưa có nghiên cứu cụ
thể. Do đó, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu xác định các thông số
công nghệ xử lý rong lục Việt Nam và lên men ethanol góp phần phát
triển cồn nhiên liệu” để đưa ra được một cách hoàn chỉnh công nghệ lên

men ethanol nhiên liệu từ nguồn sinh khối rong lục.
Mục tiêu
Chọn được rong lục thích hợp cho lên men ethanol
Chọn được giải pháp công nghệ xử lý và thủy phân rong lục để lên men tạo
ethanol
Chọn được giải pháp công nghệ lên men ethanol từ dịch thủy phân rong lục
Nội dung nghiên cứu


1. Nghiên cứu lựa chọn nguồn rong lục Việt Nam làm nguyên liệu cho lên
men ethanol
2. Nghiên cứu chọn giải pháp xử lý và thủy phân rong lục để lên men tạo
ethanol
3. Nghiên cứu chọn giải pháp lên men ethanol từ dịch thủy phân rong lục
Những đóng góp mới của luận án
- Nghiên cứu đầu tiên một cách có hệ thống về rong lục từ khảo sát lựa
chọn nguồn rong lục đến thủy phân và lên men ethanol.
- Nghiên cứu nguồn rong biển Việt Nam làm nguyên liệu sản xuất ethanol
bằng phương pháp thân thiện môi trường là hướng nghiên cứu phù hợp với
xu thế của thế giới nhằm thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch
Bố cục của luận án
Luận án được trình bày trong 115 trang: mở đầu (2 trang), tổng quan tài
liệu (27 trang), vật liệu và phương pháp nghiên cứu (21 trang), kết quả và
thảo luận (54 trang với 46 bảng và 20 hình), kết luận và kiến nghị (2 trang),
danh mục các công trình đã công bố (1 trang) và tài liệu tham khảo (8 trang
với 23 tài liệu tiếng Việt và 77 tài liệu tiếng Anh).
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Rong biển bao gồm 03 tiểu mục. 1.1 Rong biển: giới thiệu rong biển,
miêu tả ba ngành rong đỏ, lục, nâu và đặc điểm nhận biết của chúng. 1.2
Thành phần hóa học của các loại rong biển: Miêu tả thành phần hóa học và

các dạng polysaccharid và monosacharid có trong ba ngành rong đỏ, lục,
nâu. 1.3 Rong lục: miêu tả cấu tạo hình thái, đặc điểm tế bào và cơ chế sinh
sản. Dựa trên các đặc điểm sinh học và thành phần hóa học của nguyên liệu
rong biển nói chung và rong lục nói riêng, chúng tôi tiến hành khảo sát các
loài rong lục Việt Nam để chọn được đối tượng thích hợp cho sản xuất
ethanol.
1.2 Công nghệ sản xuất ethanol từ rong biển và sinh khối khác bao gồm
04 tiểu mục. 1.2.1 Tiềm năng rong biển sản xuất ethanol chỉ ra rong biển có
năng suất sinh học cao hơn các sinh khối khác nên được nhiều tác giả
nghiên cứu. 1.2.1 Quá trình xử lý sơ bộ nguyên liệu rong biển. 1.2.3 Quá
trình thủy phân rong biển chỉ ra các công nghệ đường hóa rong biển bằng
axit và bằng enzyme được thực hiện bới nhiều nghiên cứu với các đối
tượng rong biển khác nhau theo hai phương pháp thủy phân trong axit
loãng với nhiệt cao hoặc tiền xử lý rồi đường hóa bằng enzyme, 1.2.4 Quá
trình lên men ethanol từ dịch thủy phân rong biển chỉ ra các giống nấm men

2


sử dụng cho lên men và các công nghệ lên men dịch thủy phân từ rong
biển. Từ công nghệ sản xuất cồn của các nghiên cứu trên thế giới, chúng
tối chọn giải pháp đường hóa và lên men rong lục Việt Nam theo hai hướng
thủy phân bằng axit và bằng enzyme, rồi sử dụng dịch thủy phân tiến hành
lên men với các chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae
1.3 Tình hình sản xuất ethanol từ nguyên liệu rong biển trên thế giới
và Việt Nam bao gồm 02 tiểu mục. 1.3.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất
ethanol từ nguyên liệu rong biển trên thế giới, phần này nêu các thành tựu
trong nghiên cứu ethanol từ rong biển và các dự án đang tiến hành trên thế
giới. 1.3.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất ethanol từ nguyên liệu rong
biển ở Việt Nam: khái quát tình hình nghiên cứu tại Việt Nam. Các thành

tựu nghiên cứu này sẽ giúp chúng tôi đánh giá được hiệu quả sản xuất
ethanol từ rong lục Việt nam và chỉ ra các sự khác biệt của sinh khối rong
lục so với các sinh khối khác.
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Vật liệu Rong Lục được thu ở các tỉnh ven biển Thanh Hóa, Thái ình,
Ninh ình, Quảng Ngãi, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, ến Tre, Cà
Mau trong khoảng thời gian từ năm 2011 đến năm 2013.
Rong Chaetomorpha linum, Chi Chaetomorpha, Ngành Chlorophyta,
Lớp Ulvophyceae, ộ Cladophorales, Họ Cladophoraceae. Rong được sấy
khô đến độ ẩm 13% sử dụng cho nghiên cứu.
Chế phẩm Enzyme: Viscozyme L (Vis.) có mã số (V2010-50ml) sản
xuất bởi công ty Novozyme. Cellulase (Cel.) có mã số (C2605-50ml) sản
xuất bởi công ty Novozyme.
Chế phẩm nấm men: Chế phẩm Thermosacc hãng sản xuất Lallemand là
nấm men Saccharomyces cerevisiae. Chế phẩm Red Ethanol là nấm men
Saccharomyces cerevisiae của hãng Fermentis, Pháp. Saccharomyces
cerevisiae được sản xuất tại công ty sản xuất Cồn Cây Cày Khánh Hòa
(SacCCC). Saccharomyces cerevisiae ATCC 9763 sưu tầm tại Viện Sinh
học Nhiệt đới (SacSHNĐ). Chế phẩm Turbo Yeast là nấm men
Saccharomyces cerevisiae do hãng Fermtech Wholasale của Anh sản xuất
được sưu tầm tại Đại học ách Khoa TP HCM (SacBKHCM).
2.2 Các phƣơng pháp phân tích, toán học và tính hiệu suất, thống kê
Xác định độ ẩm, xác định tro, xác định hàm lượng nitơ và protein theo
phương pháp Kjeldahl, xác định hàm lượng lipid bằng máy soxhlet. theo
tiêu chuẩn AOAC (2007). Xác định thành phần môi trường lên men: nito
tổng số, phospho tổng số, lưu huỳnh tổng số bằng phương pháp so màu

3

theo Samira và cs (2009). Xác định đường tổng số và đường trong dịch
thủy phân theo Wrolstad và cs (2001). Xác định thành phần polysaccharide
của rong lục gồm xác định cellulose và ulvan theo Myoung Lae Cho và cs
(2010), xác định hàm lượng agar theo Suthasinee và cs (2010). Xác định
thành phần monosacharid của dịch thủy phân rong lục bằng hệ thống săc ký
lỏng hiệu năng cao áp (HPLC) theo Mitsunori Yanagisawa và cs (2011).
Xác định hàm lượng ethanol bằng hai phương pháp HPLC và so màu theo
phương pháp ennet của Zahid Anwar và cs (2012). Xác định hoạt độ
enzyme hoạt độ endoglucanase, hoạt độ exoglucanase, hoạt độ betaglucosidase, hoạt độ amylase, hoạt độ ulvanase, hoạt độ beta-glactosidase,
hoạt độ xylanase bằng lượng đường khử tạo thành phân tích theo phương
pháp Somogyi-Nelson theo Wrolstad và cs (2001). Phương pháp quy hoạch
hóa thực nghiệm theo Nguyễn Minh Tuyển (2005). Tính toán mô hình toán
học theo phần mền excel 2010 theo Timothy R. (2001) Thực nghiệm tìm
điều kiện tối ưu theo ox-willson. Xác định hiệu suất thủy phân, xác định
hiệu suất lên men theo Mitsunori Yanagisawa và cs (2011).Thống kê số
liệu sử dụng phần mền excel của Microsoft office 2010.
hảo sát nguồn sinh khối
Phương pháp lấy mẫu: thu các đối tượng rong lục tại các trạm nghiên
cứu, lưu giữ mẫu và định danh phân loại rong lục để xác định sinh lượng,
trữ lượng, tần số bắt gặp, độ bao phủ, theo Nguyễn Hữu Dinh và cs (1999).
Phương pháp nuôi khảo sát biến động thành phần hóa học của hai loài rong
lục được chọn rong Mền Chaetomorpha linum và rong Nhánh Cladophora
socialis trong phòng thí nghiệm theo Lê Như Hậu và cs (2011)
2.3

2.4 Nghiên cứu quá trình thủy phân từ rong lục
Nghiên cứu phương pháp xử lý nguyên liệu: Nghiên cứu xử lý muối
NaCl trong rong và nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước rong.
Phương pháp thủy phân axit: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình thủy phân rong bằng axit sunfuric gồm có nghiên cứu tỷ lệ rong phối

trộn 75-200g /l; ảnh hưởng của nồng độ axit 0- 4%(v/v); ảnh hưởng của
nhiệt độ thủy phân 90-130o C; động thái quá trình thủy phân rong 20- 80
phút. Tối ưu hóa quá trình thủy phân rong lục bằng axit.
Phương pháp thủy phân bằng chế phẩm enzyme: Nghiên cứu quá trình
thủy phân sơ bộ bằng axit tại nồng độ 0,1- 0,5 % (v/v) ở nhiệt độ 120oC
trong 15 phút. Lựa chọn chế phẩm enzyme từ hai chế phẩm enzyme
Viscozyme L (Vis.) và Cellulase (Cel.). Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình thủy phân bằng chế phẩm enzyme được chọn gồm có: Ảnh
hưởng của nồng độ chế phẩm enzyme là 0-1 ml enzyme/g tương ứng hoạt

4


độ 0-50 U/g; ảnh hưởng của pH là 3- 6; ảnh hưởng của nhiệt độ là 30-60
O
C; động thái quá trình thủy phân bằng chế phẩm enzyme 6- 36 giờ. Tối ưu
hóa quá trình thủy phân rong lục bằng enzyme.
2.5 Nghiên cứu quá trình lên men
Tuyển chọn chủng nấm men trên dịch thủy phân rong Ch.linum bằng
axit (HaF).
Tuyển chọn chủng nấm men trên dịch thủy phân rong Ch.linum bằng
chế phẩm enzyme (HeF).
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men của nấm men
được chọn gồm có: Nghiên cứu ảnh hưởng nguồn nito bổ sung; ảnh hưởng
của pH 3,5-5,0; ảnh hưởng của nhiệt độ 20- 350C; động thái quá trình lên
men. Tối ưu hóa quá trình lên men dịch thủy phân rong bằng axit.
2.6 hảo sát quá trình đƣờng hóa và lên men đồng thời (SSF) của dịch
rong lục sau tiền xử lý
Rong Chaetomorpha linum sau tiền xử lý, tiến hành đường hóa bằng
chế phẩm enzyme Viscozyme L với nồng độ 42,5U/g, nhiệt độ 50oC, pH

5.0, theo các thời gian 0, 6, 9, 12, 15, 18, 21giờ; sau đó giảm nhiệt độ về
30o C rồi bổ sung chế phẩm nấm men Red Ethanol nồng độ 1,2x106 tế bào
/m, để tiếp tục đường hóa và lên men đồng thời trong thời gian 120 giờ.
Chƣơng 3

ẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 L a chọn rong lục và thành phần hóa học rong lục Việt Nam
3.1.1 Lựa chọn các loài rong l c Việt a
Quá trình khảo sát sinh khối rong lục Việt Nam kết quả thể hiện qua bảng 3.1
ảng 3. 1 Khảo sát các loài rong Lục ở Việt Nam
S: g
Đ L a
TT
Tên loài
Sinh cảnh
F (%)
(khô/m2) (%) chọn
1 Monostroma nitidum
iển
10,7
130±15
30
2
lactuca
iển
53,6
130±17
55
+

3
papenfussii
Ao tôm
57,1
220±22
70
+
Ulva
4
reticulata
iển
64,3
210±18
60
+
5
clathrata
iển
17,9
60±12
10
6
torta
Mương
100,0
280±25
65
+
7
flexuosa

Ao tôm
85,7
190±21
55
+
Entero
morpha
8
compressa
Đầm muối
64,3
120±14
50
+
9
intestinalis
Mương
53,6
230±25
45
+
10 Rhizoclon
kerneri
Ao tôm
25,0
40±5
20
-

5

11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27.
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38

39
40
41
42

kochianum
Ao tôm
grande
Ao tôm
gracilis
Ao tôm
area
Ao xử lý nước
linum
Ao tôm
antennina
Ao tôm
Chaeto
morpha
capillaris
Ao xử lý nước
ligustica
Ao tôm
javanica
Ao hoang
crassa
iển
albida
iển
crispula

Ao tôm
flexuosa
Ao hoang
Clado
laetevirens
iển
phora
papenfussii
iển
prolifera
iển
socialis
Ao hoang
aegagropila
iển
Valonia
fastigiata
iển
Boodlea composita
iển
iển
Cladophor membranacea
opsis
adhaerens
iển
adhaerens
iển
Codium
repens
iển

peltata
iển
racemosa
iển
Caulerpa
sertularioides
iển
taxifolia
iển
indica
Biển
Bryopsis
hypnoides
iển
gracilis
iển
Halimeda
opuntia
iển
ium

21,4
28,6
35,7
75,0
71,4
57,1
67,9
64,3
60,7

35,7
35,7
75,0
67,9
28,6
32,1
25,0
96,4
21,4
21,4
25,0
17,9
14,3
21,4
21,4
17,9
17,9
17,9
17,9
17,9
17,9
17,9
17,9

45±5
35±5
180±14
300±21
340±26
260±16

210±14
190±16
150±15
120±10
30±3
190±16
110±8
65±4
60±5
60±5
120±8
20±3
25±2
35±3
35±3
20±2
20±2
20
50±3
110±6
60±5
50±4
30±2
30±2
80±4
85±4

20
15
40

80
60
35
65
45
40
40
10
55
40
20
15
35
55
10
10
5
25
25
15
15
40
45
40
35
10
10
25
25

+
+
+
+
+
+
+
+
-

Chú thích: F: Tần số bắt gặp (%), S: sinh lượng g/m2, Đ: Độ phủ (%), (+) các
loài rong thích hợp nghiên cứu ethanol, (-)các loài rong không thích hợp nghiên
cứu ethanol.

Kết quả của bảng 3.1 cho thấy nhóm khảo sát thu được 42 mẫu rong lục
sinh trưởng và phát triển ở các vùng biển, ao tôm, mương nước, ao hoang,
đầm muối, ao xử lý nước. Các chi rong Ulva, Enteromorpha,

6


Chaetomorpha, Cladophora có sự phân bố rộng, chúng xuất hiện ở tất cả
các loại sinh cảnh như biển, ao tôm, đồng muối, ao hoang, mương nước.
Trên cơ sở xác định sinh lượng, tần số bắt gặp và độ bao phủ chúng tôi đã
lựa chọn được 15 loài rong Lục có sinh lượng > 100 gram khô/m2; tần số
bắt gặp > 50% số trạm khảo sát, độ phủ > 40% độ bao phủ/ đơn vị diện tích
mặt nước để sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất ethanol.
3.1.2 Thành ph n h a học c a các loài rong
c chọn
Kết quả xác định thành phần hóa học của 15 loài rong lục thể hiện ở bảng 3.2

ảng 3. 2 Thành phần hóa học của các loài rong lục được chọn
Thành phần hóa học (%w chất khô)
Carbohyd
rate (tính
STT
Loài rong
Protein
Tro
Lipid
theo
đường
tổng)
1
lactuca
20,24±1,2 17,97±0,6 3,24±0,05 56,06±1,2
2
Ulva
papenfussii 21,35±1,1 15,93±0,5 3,32±0,06 56,40±1,4
3
reticulata 22,52±1,2 14,58±0,5 3,28±0,08 56,71±1,5
4
flexuosa
16,83±0,9 12,98±0,4 2,90±0,04 65,59±1,7
5
intestinalis 19,96±1,0 15,84±0,5 2,69±0,04 60,92±1,6
Entero
morpha
6
torta
14,67±0,6 14,64±0,4 1,98±0,03 65,06±1,6

7
compressa 14,66±0,7 12,17±0,4 3,83±0,08 67,24±1,7
8
area
15,68±0,7 11,80±0,3 2,43±0,06 67,58±1,8
9
capillaris 13,70±0,6 11,96±0,3 2,03±0,02 69,83±1,7
Chaeto
10
javanica
13,45±0,5 17,91±0,5 2,32±0,05 64,21±1,5
morpha
11
ligustica
15,68±0,6 15,32±0,4 3,71±0,08 63,24±1,6
12
linum
21,01±0,9 10,46±0,3 2,53±0,07 64,20±1,5
13
socialis
16,13±0,8 8,72±0,2 2,24±0,06 70,88±1,8
Clado
14
flexuosa
17,06±0,8 8,80±0,2 2,34±0,06 69,99±1,8
phora
15
crispula
18,84±0,9 8,60±0,2 1,70±0,05 65,07±1,6
Qua kết quả ở bảng 3.2, trong thành phần hóa học của rong lục hàm

lượng đường tổng là cao nhất, đường dao động trong khoảng 56 - 70%,
trung bình đạt 64,10% và đạt giá trị cao nhất 70,88% ở loài Cladophora
socialis và thấp nhất 56,05% ở loài Ulva lactuca.
Trong suốt quá trình khảo sát chúng tôi thấy rằng hai loài rong lục trong
ao đìa Chaetomorpha linum (Ch. linum), Cladophora socialis (Cl.socialis)
sinh trưởng, phát triển mạnh và hàm lượng carbohydrate cao. Tại thời điểm
thu mẫu sinh khối này chúng tôi thấy rằng rong Ch. linum chiếm tỷ trọng

7


cao nhất 45-50% nằm xen lẩn với loại rong này là Cl.socialis 30-35% và
Enteromorpha torta (En.torta) 10-15%. Vì vậy chúng tôi tiến hành nuôi
trồng và phân tích thành phần hóa học của hai đối tượng rong Ch.linum,
Cl.socialis.
3.1.3 ghi n c u i n
ng thành ph n h a học c a rong l c
Chaetomorpha linum, Cladophora socialis theo chu s ng
3.1.3.1 Nghiên cứu khảo sát biến động sinh lượng rong lục
Nuôi ba loài rong Ch.linum, En.torta và Cl.socialis để xác định biến
động khối lượng rong lục theo thời gian của một chu kỳ nuôi trồng, kết quả
thể hiện bảng 3.3 và bảng 3.4.
ảng 3. 3 iến động sinh lượng rong lục trong một vụ trồng
Ngày
Khối lượng (g tươi/m2)
Loài rong
0
7
14
21

28
35
42
49
56
Enteromorpha 500 853 1453 1840 2223 2193 707 197
Cladophora
500 593 833 967 1243 1563 1600 653 230
Chaetomorpha 500 703 977 1273 1630 2000 2043 1540 540
ảng 3. 4 Lịch nuôi trồng luân canh và năng suất rong lục
Tháng
1
2 3
4
5
6
7
8
9 10
11 12
Rong lục
En. torta
Ch. linum
Cl. socialis
3 vụ trồng
2 vụ trồng (35Vụ trồng
4 vụ trồng (35-42 ngày/vụ)
(28 ngày/vụ)
42 ngày/vụ)
17,23 tấn

Sản lượng
15,34 tấn tươi
11tấn tươi
tươi
3 x 17,23+4 x 15,34+2 x 11=117,82 tấn tươi/ha/năm=27,01 tấn
Năng suất
khô/ha/năm (khô/tươi=1/5)
Trong quá trình nuôi trồng cho thấy điều kiện nuôi trồng rong Ch.
linum và Cl. socialis ngoài tự nhiên dễ thực hiện hơn rong En. torta. Vì vậy
chúng tôi chọn rong Ch. linum và Cl. socialis tiến hành nuôi rồi thu sinh
khối để khảo sát biến động thành phần hóa học của Ch. linum, Cl. socialis
theo chu kỳ sống.
3.1.3.2 Khảo sát biến động thành phần hóa học của Ch. linum,
Cl.socialis theo chu kỳ sống

8


Hình 3. 1 iến động protein theo chu kỳ
sống của hai loài rong lục

Hình 3. 2 iến động tro theo chu kỳ
sống của hai loài rong lục

Hình 3. 3 iến động lipid theo chu
Hình 3. 4 iến động đường và tốc độ sinh
kỳ sống của hai loài rong
trưởng theo chu kỳ sống của hai loại rong lục
iến động hàm lượng protein, biến động hàm lượng tro, biến động hàm
lượng lipid có tác động đến biến động hàm lượng đường theo chu kỳ sống

của hai loài rong lục. Như vậy cần để thu hoạch rong Ch. linum và Cl.
socialis vào tuần 4 hoặc 5 trong chu kỳ sinh trưởng để có hàm lượng đường
và sinh lượng cao.
3.1.4 Thành ph n các loại
ờng c a rong Chaeto orpha linu và
Cladophora socialis
Xác định thành phần polysaccharid và thành phần đường của rong
Ch.linum và Cl. socialis để lựa chọn điều kiện thủy phân loài rong này một
cách thích hợp nhất. Kết quả được thể hiện ở bảng 3.5 và 3.6
ảng 3. 5 Thành phần carbonhydrat của sinh khối rong Ch.linum
Thành phần polysaccharide của
Thành phần các loại đường rong sau
rong Ch. linum (%w)
thủy phân(%)
Cellulose
41,1
Arabinose
1,68
Tinh bột
4,1
Glucose
65,16
Agar
4,9
Galactose
11,58
Rhamnose
18,56
Ulvan
12,9

Xylose
1,63

9


ảng 3. 6 Thành phần các loại đường của rong Cladophora socialis
STT
Thành phần các loại đường rong sau thủy
phân(%)
1
Arabinose
2,5
2
Glucose
27,3
3
Galactose
49,4
4
Rhamnose
18,2
5
Xylose
0,9
ảng 3.5 và 3.6 cho thấy rong Ch. linum có đường glucose cao hơn
rong Cl. socialis. Chính vì vậy rong Ch. linum là nguyên liệu sản xuất
ethanol có ưu thế hơn trong lên men so với Cl. socialis.
3.2 Nghiên cứu quá trình thủy phân rong Chaetomorpha linum
3.2.1 ghi n c u xử lý nguy n liệu rong Ch.linu

tr ớc th y phân

3.2.1.1 Nghiên cứu xử lý muối NaCl trong rong đến quá trình thủy phân
ảng 3.7 Ảnh hưởng của muối NaCl trong rong đến quá trình thủy phân
Hàm lượng đường (g/l)
Thí nghiệm
Thủy phân bằng
Thủy phân bằng chế phẩm
axit
enzyme Vis.
1 Không tách muối
42 ± 0,21
33 ± 0,18
2
Tách muối
53 ± 0,30
50 ± 0,20
Theo kết quả bảng 3.7 cho thấy kết quả thủy phân rong khi không tách
muối, đường tạo thành thấp hơn. Và kết quả rong khi không tách muối quá
trình thủy phân bằng enzyme bị ảnh hưởng lớn hơn là quá trình thủy phân
bằng axit.
3.2.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước rong đến quá trình thủy phân
Các khảo sát ảnh hưởng của kích thước rong được thể hiện trong bảng 3.8
ảng 3. 8 Ảnh hưởng của kích thước rong đến quá trình thủy phân
TN
Kích thước rong
Hàm lượng đường (g/l)
1
Rong đối chứng (d=0,5-1 m)

36,8 ± 0,2
2
Rong cắt nhỏ (d=2-3 cm )
40,2 ± 0,3
3
Rong xay nhỏ (d= 0,2-0,4 mm)
53,0 ± 0,3
Kết quả bảng 3.8 cho thấy cần phải xay nhỏ rong về kích thước 0,20,4 mm bằng máy nghiền búa để cho quá trình thủy phân diễn ra thuận lợi.
3.2.2 ghi n c u quá trình th y phân rong l c ằng axit.
3.2.2.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng quá trình thủy phân rong lục bằng axit

10


ảng 3. 9 Ảnh hưởng của tỷ lệ rong đến
quá trình thủy phân
Tỷ lệ
Đường
Đường Hiệu suất
rong thủy phân tổng số thủy phân
(g/l)
(g/l)
(g/l)
(%)
200
59
116
50,8
150

55

87

63,2

100

53

58

91,3

75

39

43

90,0

Hình 3. 5 Động thái của quá trình
thủy phân.

Hình 3. 6 Ảnh hưởng nồng độ axit đến
Hình 3. 7 Ảnh hưởng nhiệt độ đến
quá trình thủy phân
quá trình thủy phân
Qua khảo sát các điều kiện thủy phân rong lục bằng axit cho thấy

lượng đường tạo thành cao nhất ở các điều kiện: tỷ lệ rong trong dung dịch
100g/l, nồng độ axit sunfurit 3%, nhiệt độ 120oC, thời gian thủy phân 60
phút.
3.2.2.2 Tối ưu hóa điều kiện thủy phân rong lục bằng axit để thu nhận dịch
thủy phân có hàm lượng đường cao
Sau khi tiến hành khảo sát các điều kiện thủy phân, chúng tôi tối ưu
hóa điều kiện thủy phân rong lục bằng axit theo phương pháp quy hoạch
hóa thực nghiệm. Các yếu tố tối ưu và khoảng biến đổi của các yếu tố
(K Đ): nồng độ axit X1[2-4 (%v/v)] có K Đ: 1 ; Nhiệt độ X2 [110-130
(oC)] có K Đ: 10; Thời gian X3 [40-60 (phút)] có K Đ:10
Lập ma trận thực nghiệm.
ảng 3. 10 Ma trận thực nghiệm
Stn
X1
X2
X3
Y1
Y2
Y3
Y
1
2
110
40
32,5
32,1
32,3
32,30

11

2
3
4
5
6
7
8

4
2
4
2
4
2
4

110
130
130
110
110
130
130

40
40
40
60

60
60
60

40,8
43,1
51,2
39,8
50,3
46,7
53,2

40,2
43,7
52,3
41,1
50,6
46,2
53,8

40,8
44,0
51,9
39,4
50,6
46,0
53,5

40,60
43,60

51,80
40,10
50,50
46,30
53,50

Phương trình hồi quy: Y  44.8  4.3 X 14.0  X 2  2.8  X 3
F lý thuyết = 0,0088 < 0,05. Vậy mô hình đã lập được là thích hợp.
Tối ưu hóa các điều kiện thủy phân theo phương pháp ox-wilson
ảng 3. 11 Tối ưu hóa điều kiện thủy phân rong theo ox-wilson
Hàm lượng đường sau
Số TN
X1(%v/v)
X2(oC) X3 (phút)
thủy phân (g/l)
1
3
120
50
48,3
2
3.3
123
54
53,2
3
3.6
126
58
53,2

4
3.9
129
62
53,3
5
4.2
132
66
53,3
Qua kết quả của bảng 3.11, cho thấy điều kiện tối ưu khi thủy phân
rong lục bằng axit là : Thời gian: 54 (phút), Nhiệt độ: 123 (oC), Nồng độ
axit 3,3 (%v/v).
Xác định thành phần đường của dịch thủy phân rong Ch.linum bằng axit
theo phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
ảng 3. 12 Thành phần và hàm lượng của các loại đường trong dịch thủy
phân rong Ch. linum bằng axit
stt Các loại đường được xác định trong
Hàm lượng đường dịch
dịch thủy phân bằng axit
thủy phân (g/l)
1
Arabinose
0
2
Glucose
32,1
3
Galactose
7,8

4
Rhamnose
12,6
5
Xylose
0
3.2.2.3 Thành phần dịch thủy phân rong lục bằng axit
Chúng tôi tiến hành phân tích thành phần dịch thủy phân để từ đó thấy
được các yếu tố dinh dưỡng tác động đến quá trình lên men, kết quả thể
hiện ở bảng 3.13
ảng 3. 13 Thành phần dịch thủy phân rong lục bằng axit

12


Thành phần
Phot Lưu
Đường Nito
Kali Natri Canxi Magie Sắt
dịch thủy phân
Pho huỳnh
1,8 ± 0,3± 8,2±
0,81
Hàm lượng (g/l) 53
11,2
1,17
1,82 1,34
0,1
0,02
0,2

mg/l
3.2.3 ghi n c u quá trình th y phân rong l c ằng ch phẩ enzy e
3.2.3.1 Nghiên cứu điều kiện tiền xử lý rong lục trước khi thủy phân bằng
enzyme
Ảnh hưởng nồng độ axit đến quá trình thủy phân sơ bộ rong lục.
ảng 3. 14 Ảnh hưởng của nồng độ axit đến thủy phân sơ bộ rong lục
Hàm lượng
Nồng độ axit
Stt
đường trong dịch
pH
Độ nhớt cP
(%v/v)
sau xử lý (g/l)
1
0,1
3,4
7,2
3500
2
0,3
5,1
4,6
8000
3
0,5
6,2
4,1
11000
Qua kết quả bảng 3.14, chọn nồng độ axit 0,3% v/v sử dụng cho các

nghiên cứu tiếp theo.
3.2.3.2 Lựa chọn chế phẩm enzyme cho quá trình thủy phân rong lục
Hoạt độ các loại enzyme của hai chế phẩm kết quả thể hiện ở bảng 3.15.
ảng 3. 15 Hoạt độ các loại enzyme của chế phẩm Viscozyme và Cellulase
Chế phẩm
Hoạt độ enzyme (U/g)
Các loại enzyme
Chế phẩm Vis.
Chế phẩm Cel.
endoglucanase
81 ± 3
112 ± 3
exoglucanase
158 ± 5
208 ± 4
beta glucosidase
362 ± 8
498 ± 6
ulvanase
0
0
glucoamylase
146 ± 3
0
beta galactosidase
118 ± 3
0
xylanase
133 ± 2
179 ± 2

Tổng hoạt độ
998
997
Chúng tôi thấy rằng chế phẩm Vis.có chứa nhiều loại enzyme hơn chế
phẩm Cel.. Sau khi khảo sát hoạt độ của các loại enzyme trong hai chế
phẩm chúng tôi sử dụng chúng để thủy phân Ch.linum, kết quả thể hiện ở
bảng 3.16
ảng 3. 16 Kết quả thủy phân rong Ch.limum của các enzyme thương mại

13


Enzyme
Thời gian
24 h
30 h
36 h

Vis.
40 U/g
42,5 ± 1,0
49,3 ± 1,3
49,2 ± 1,3

Hàm lượng đường (g/l)
Vis.L+ Cel.
30:10 U/g
20:20 U/g
10:20 U/g
39,2 ± 1,1

35,6 ± 1,2
30,8 ± 0,8
42,5 ±1,2
38,3 ±1,2
33,7 ± 0,9
44,1 ± 1,2
40,8 ± 1,2
37,2 ± 0,9

Cel.
40 U/g
26,8 ± 0,7
31,7 ± 0,8
31,2 ± 0,8

Kết quả cho thấy chế phẩm Vis.tạo thủy phân rong Ch. linum tốt hơn
chế phẩm Cel. Vì vậy chúng tôi sử dụng chế phẩm Viscozyme L để tiến
hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân.
3.2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân rong lục bởi chế
phẩm enzyme Vis.

Hình 3. 8 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme

Hình 3. 10 Ảnh hưởng của nhiệt độ
đến quá trình thủy phân

Hình 3. 9 Ảnh hưởng của pH

Hình 3. 11 Động thái của quá trình
thủy phân

14


Qua khảo sát điều kiện thủy phân rong lục bằng chế phẩm enzyme
Viscozyme L cho thấy hàm lượng đường tạo thành cao nhất ở các điều
kiện: nồng độ enzyme 0,8 ml/g (40U/g), nhiệt độ 50oC, thời gian 30 giờ,
pH 5,0.
3.2.3.4 Tối ưu hóa điều kiện thủy phân rong lục bằng enzyme để thu nhận
dịch có hàm lượng đường cao
Tối ưu hóa điều kiện thủy phân rong lục bằng enzyme theo phương
pháp quy hoạch hóa thực nghiệm. Các yếu tố tối ưu và khoảng biến đổi của
các yếu tố (K Đ): Nồng độ enzyme: X1 [0,6-1 (ml/g)] có K Đ: 0,2 ; pH:
X2 [4.5-5.5)] có K Đ: 0,5; Thời gian X3 [24-36 (giờ)] có K Đ:6
Lập ma trận thực nghiệm
ảng 3. 17 Ma trận thực nghiệm trong tối ưu thủy phân bằng enzyme
Stn
X1
X2
X3
Y1
Y2
Y3
Y
1
0,6
4,5
24
32,2
32,5

32,5
32,40
2
1
4,5
24
36,8
36,3
36,1
36,40
3
0,6
5,5
24
39,5
39,9
39,4
39,60
4
1
5,5
24
43,6
43,2
43,1
43,30
5
0,6
4,5
36

42,2
42,1
43,2
42,50
6
1
4,5
36
45,8
46,5
46,3
46,20
7
0,6
5,5
36
44,2
44,9
44,7
44,60
8
1
5,5
36
49,2
48,9
49,2
49,10
Tìm được phương trình hồi quy: Y  41.76  1.9 X1 2.39  X 2  3.84  X 3
F lý thuyết = 0,00048 < 0,05. Vậy mô hình đã lập được là thích hợp.

Tối ưu hóa các điều kiện thủy phân theo phương pháp ox-wilson
ảng 3. 18 Tối ưu hóa điều kiện thủy phân rong Ch. linum bằng enzyme.
Hàm lượng đường sau
Số TN
X1(ml/g)
X2(pH)
X3 (giờ)
thủy phân (g/l)
1
0,8
5
30
49,1
2
0,85
5,2
33
50.3
3
0,9
5,4
36
49,5
4
1
5,6
39
47,1
5
1,05

5,8
42
46,6
Qua kết quả bảng 3.18 cho thấy điều kiện tối ưu để thủy phân rong lục bằng
enzyme Viscozyme L là: Thời gian: 33 giờ, Nhiệt độ: 50oC, pH 5.2, Nồng
độ 0,85 ml/g (42,5U/g).
Xác định thành phần đường của dịch thủy phân rong Ch.linum bằng chế
phẩm Vis. theo phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
ảng 3. 19 Thành phần đường dịch thủy phân rong Ch. linum bằng chế phẩm Vis.

15


Các loại đường được xác định trong
Hàm lượng đường dịch
dịch thủy phân bằng enzyme
thủy phân (g/l)
1
Celllobiose
2,46
2
Glucose
20,6
3
Galactose
8,05
4
Arabinose
0
5

Xylose
0
6
Rhamnose
0
Qua bảng 3.19 cho thấy quá trình thủy phân rong lục bằng enzyme
Viscozyme L cho thành phần hỗn hợp đường có ba loại chính là galactose,
glucose và cellobiose, trong đó glucose là đường được tạo thành lớn nhất.
Stt

3.2.3.5 Thành phần dịch thủy phân rong Ch.linum bằng enzyme
Phân tích thành phần dịch thủy phân rong bằng enzyme kết quả thể hiện ở
bảng 3.20
ảng 3. 18 Thành phần dịch thủy phân rong lục bằng enzyme
Thành phần
Phot Lưu
Đường Nito
Kali Natri Canxi Magie Sắt
dịch thủy phân
Pho huỳnh
1,6± 0,2± 0,9±0
0,62
Hàm lượng (g/l) 50
0,4
1,07
1,1
1,12
0,1
0,02
,06

mg/l
3.2.3.6 So sánh thủy phân bằng axit, chế phẩm Viscoenzym L
Từ các kết quả nghiên cứu quá trình thủy phân rong lục bằng axit và
chế phẩm enzyme, chúng tôi xác định hiệu suất của chúng.
ảng 3. 19 Hiệu suất thủy phân phân bằng axit, chế phẩm enzyme thương mại
HL
Htp tính
Htp tính
Phương HL đường
HL đường
đường
theo
theo
Các loại
pháp
thủy phân lên men của
tổng của
đường
đường
đường lên
thủy
từ 100g
dịch thủy
100 g
thủy phân lên men
men
phân
rong (g)
phân (g)
rong (g)

(%)
(%)
Chế
glucose,
phẩm
50
31,5
86
54
galactose,
58
Enzyme
cellobiose
glucose,
Axit
53
39,9
91
68
galactose
Kết quả ở bảng 3.21 cho thấy hiệu suất thủy phân bằng axit cao hơn
thủy phân bằng chế phẩm enzyme. Phương pháp thủy phân rong Ch.linum
bằng axit được triệt để, các loại đường tạo thành ở dạng đường đơn như
glucose, rhamnose, galactose. Phương pháp thủy phân rong Ch.linum bằng
enzyme sản phẩm đường tạo thành là glucose, galactose, cellobiose.

16


Kết quả nghiên cứu thủy phân rong lục Ch. linum bằng phương pháp

thủy phân bằng axit và bằng enzyme đưa ra số liệu sau:
Để tạo ra 1 lít dịch rong lục được thủy phân bằng axit, cần 100g rong
khô, 30ml sunfuric, phối trộn 970 ml nước, gia nhiệt 120 oC trong 1 giờ,
sau đó cần khoảng 10 ml KOH 50% trung hòa. Hàm lượng đường thủy
phân 53g/100g rong. Thành phần đường trong dịch gồm glucose, galactose,
rhamnose. Hiệu suất thủy phân bằng phương pháp axit 91%.
Để tạo ra 1 lít dịch rong lục được thủy phân bằng chế phẩm enzyme
cần 100g rong khô, 5 ml axit sunfuric, phối trộn 1 l nước, gia nhiệt 120 oC
trong 15 phút. Sau đó để nguội bổ sung 4 ml enzyme Viscozyme L, trong
36 giờ ở 50°C. Hàm lượng đường thủy phân 50g/100g rong. Thành phần
đường trong dịch gồm glucose, galactose, cellobiose. Hiệu suất thủy phân
bằng phương pháp enzyme 86%.
Như vậy qua số liệu phân tích trên cho thấy :Quá trình thủy phân rong
lục Ch. linum bằng axit cho thấy thời gian thủy phân nhanh và hiệu suất
cao hơn 5% so với phương pháp thủy phân bằng enzyme, tuy vậy phương
pháp này so với phương pháp thủy phân bằng enzyme có nhiều nhược điểm
như hao tốn năng lượng để đun lên 120 oC, phải có thiết bị chịu áp lực và
chống chịu ăn mòn bởi hóa chất, lượng axit tiêu hao cao hơn gấp 6 lần, tốn
xút để trung hòa ; sản phẩm thủy phân không kiểm soát được dễ ảnh hưởng
đến quá trình lên men, ngoài ra tạo ra lượng đường rhamnose nấm men
không sử dụng được.
Quá trình thủy phân rong lục Ch. linum bằng enzyme có nhiều lợi thế
hơn, đây là phương pháp thủy phân nhẹ nhàng, áp suất thường, không tốn
nhiên liệu cho gia nhiệt, không tốn hóa chất, thiết bị; sản phẩm dịch thủy
phân tạo ra các loại đường dễ lên men và không tạo ra các sản phẩm khác
ảnh hưởng đến quá trình lên men. Đối với thời gian đường hóa có thể rút
ngắn khi kết hợp đường hóa và lên men đồng thời. Hơn nữa công nghệ
enzyme ngày càng phát triển sẽ tạo ra được các chế phẩm có hoạt tính cao
và nâng cao được hiệu suất thủy phân. Vì vậy kết quả nghiên cứu phương
pháp thủy phân rong bằng enzyme sẽ được áp dụng rộng rãi cho các nhà

máy sản xuất ethanol từ rong.
3.3 Nghiên cứu quá trình lên men ethanol từ dịch thủy phân rong Ch. linum
3.3.1 Tuyển chọn nấ
en từ dịch th y phân rong Ch.linu
ằng axit
Tiến hành lên men với 5 chủng nấm men với dịch thủy phân bằng axit
kết quả thể hiện trong bảng 3.22
ảng 3. 20 Khả năng lên men ethanol dịch thủy phân rong Ch.linum bằng
axit bởi các chủng nấm men khác nhau

17


Hàm lượng ethanol g/l
Thời
Red
Thermo
Sac
Sac
Sac
gian
Ethanol
-sacch
SHNĐ
BKHCM
CCC
24 h
6,7±0,09 4,9±0,08 7,3±0,09 7,3±0,1
6,7±0,09
48 h

11,0±0,14 8,8±0,12 11,3±0,12 11,2±0,11 11,0±0,14
15,0±0,18 12,0±0,16 14,7±0,17 14,7±0,15 15,0±0,18
60 h
72 h
17,4±0,23 14,5±0,18 15,1±0,21 16,1±0,19 17,4±0,23
84 h
17,4±0,22 15,1±0,22 15,1±0,21 15,9±0,21 17,0±0,22
17,3±0,21 15,0±0,22 15,0±0,21 15,9±0,21 16,8±0,21
96 h
HLM
67
55
50
55
59
ảng 3.22 cho thấy khi lên men dịch thủy phân rong Ch.linum bởi
chủng nấm men Sac SHNĐ tạo ra hàm lượng ethanol thấp. Các chủng nấm
men Red Ethanol, Thermosacch, Sac KHCM, SacCCC tạo ra hàm lượng
Ethanol cao hơn. Hiệu suất lên men (HLM) của các chủng 52-67%. Red
Ethanol là chế phẩm nấm men tạo ra lượng ethanol cao nhất 17,4 g/l, hiệu
suất lên men 67%.
3.3.2 Tuyển chọn nấ en từ dịch th y phân rong Ch.linum ằng ch phẩ enzyme
Khảo sát quá trình lên men của các chủng nấm men với dịch thủy phân
rong lục bằng chế phẩm enzyme, kết quả thể hiện trong bảng 3.23
ảng 3. 21 Khả năng lên men ethanol dịch thủy phân rong Ch.linum bằng chế
phẩm enzyme bởi các chủng nấm men khác nhau
Hàm lượng ethanol g/l
Red
Thermo
Sac

Sac
Sac
Thời gian
ethanol
Sacch
SHNĐ
BKHCM
CCC
24 h
2,0±0.04
4,9±0,05
4,1±0,05
5,7±0,05
5,0±0,06
48 h
8,1±0,08
8.8±0,9
6,6±0,06
8,9±0,07
8,8±0,09
60 h
10,4±0,09
10,7±0,9
10,4±0,11
10,7±0,11 12,3±0,13
72 h
12,0±0,12 12,9±0,12
11,9±0,12
12,9±0,12 13,5±0,14
84 h

14,3±0,14 13,8±0,13
12,1±0,12
13,6±0,13 13,7±0,14
96 h
14,4±0,14 13,2±0,13
11,8±0,12
14,0±0,14 13,5±0,14
108 h
14,3±0,15 13,0±0,13
11,7±0,12
13,8±0,13 13,3±0,14
HLM
59
58
49
56
56
ảng 3.23 cho thấy hiệu suất lên men của các chủng 49-59% và trên
môi trường dịch thủy phân bằng enzyme, Red Ethanol cũng là chế phẩm
nấm men tạo ra lượng ethanol cao nhất 14,4 g/l, hiệu suất lên men 59%.

18


3.3.3 Các y u t ảnh h ng n quá trình l n en c a dịch th y phân
ằng axit và enzy e i ch phẩ nấ
en Red ethanol
3.3.3.1 Ảnh hưởng của nito đến quá trình lên men
ảng 3. 22 Ảnh hưởng của nito đến quá trình lên men dịch thủy phân rong Ch.linum
Nguồn nito

Các chỉ tiêu
Dịch lên men
(NH4)2SO4
(NH2)2CO2
Hàm lượng đường
53 g/l
53 g/l
53 g/l
Nito bổ sung
0
2 g/l
2 g/l
pH
4,5
4,5
4,5
Ethanol (g/l)
17,4 ± 0,1
17,4 ± 0,1
17,4 ± 0,1
Nghiên cứu ảnh hưởng của nito đến quá trình lên men, cho thấy khi
không bổ sung nito và việc bổ sung thêm 2 g/l đạm sulphate hoặc ure, hàm
lượng ethanol thu được là như nhau. Điều này cho thấy hàm lượng nito
trong dịch thủy phân đã đủ để nấm men sinh trưởng phát triển.

Hình 3. 12 Động thái nito trong
quá trình lên men

Hình 3. 13 Ảnh hưởng pH

Hình 3. 14 Ảnh hưởng nhiệt độ

Hình 3.15Động thái quá trình lên men

3.3.3.2 Ảnh hưởng pH đến quá trình lên men
Tiến hành lên men dịch thủy phân rong Ch.linum với chế phẩm nấm
men Red Ethanol trong điều kiện thay đổi pH 3,5-5, kết quả thể hiện ở hình

19


3.13. Lên men dịch thủy phân rong bằng axit, tại pH 4,5 nồng độ ethanol
đạt cao nhất 17,4g/l. Lên men dịch thủy phân rong bằng chế phẩm enzyme
tại pH 4 - 4,5 nồng độ ethanol đạt cao 14,1-14,4 g/l. Như vậy, pH thích hợp
cho quá trình lên men tạo ethanol của chế phẩm nấm men Red Ethanol từ
dịch thủy phân rong lục là 4-4,5.
3.3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến quá trình lên men
Tiến hành lên men dịch thủy phân rong Ch.linum với chế phẩm nấm
men Red Ethanol trong điều kiện thay đổi nhiệt độ 20-35 oC. Kết quả hình
3.14 cho thấy lên men dịch thủy phân rong bằng axit, tại nhiệt độ 30oC,
nồng độ ethanol đạt cao nhất là 17,4 g/l. Lên men dịch thủy phân bằng chế
phẩm enzyme, tại nhiệt độ trong khoảng 30-35 oC nồng độ ethanol đạt cao
14,3-14.4g/l. Như vậy, nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men tạo ethanol
của chế phẩm nấm men Red Ethanol từ dịch thủy phân rong lục là 300C.
3.3.3.4 Động thái quá trình lên men
Kết quả hình 3.15 cho thấy lên men dịch thủy phân rong bằng axit bởi
chế phẩm nấm men Red Ethanol với thời gian 72 giờ quá trình lên men kết
thúc. Lên men dịch thủy phân rong bằng chế phẩm enzyme bởi chế phẩm
nấm men Red Ethanol cho thấy thời gian lên men kết thúc vào thời điểm 96
giờ.

3.3.4 T i u h a iều iện l n en dịch th y phân rong Ch.linu
axit i ch phẩ nấ
en Red ethanol

ằng

Sau khi tiến hành khảo sát các điều kiện lên men, chúng tôi tối ưu hóa
điều kiện lên men dịch thủy phân rong Ch.linum theo phương pháp quy
hoạch hóa thực nghiệm. Các yếu tố tối ưu và khoảng biến đổi của các yếu
tố (K Đ): Thời gian: X1[60-84 (giờ)] có K Đ: 12 ; Nhiệt độ: X2 [2530(oC)]có K Đ: 5; pH [4 -5]] có K Đ: 0,5 - Lập ma trận thực nghiệm:
ảng 3. 23 Ma trận thực nghiệm trong lên men dich thủy phân bằng axit
Stn
X1
X2
X3
Y1
Y2
Y3
Y
60
25
4
15,6
16,3 15,9 15,9
1
84
25
4
18,3
18,6 18,5 18,5

2
60
35
4
13,6
13,3 14,4 13,8
3
84
35
4
14,4
14,6 14,4 14,5
4
60
25
5
14,2
14,3 14,4 14,3
5
84
25
5
17,6
17,4
18 17,7
6
60
35
5
12,9

13,2 13,2 13,1
7
84
35
5
12,9
13,1 12,5 12,8
8

20


Phương trình hồi quy: Y  15.07  0.8  X 11.52  X 2  0.6  X 3
F lý thuyết = 0,034 < 0,05. Vậy mô hình đã lập được là thích hợp.
ảng 3. 24 Tối ưu hóa điều kiện lên men dịch thủy phân bằng axit rong theo
Box-wilson
Số TN
X1(h)
X2(oC)
X3 (pH)
EtOH (g/l)
1
72
30
4,5
17,8
2
74
28
4,4

18,1
3
76
26
4,3
18,2
4
78
24
4,2
17,6
5
80
22
4,1
17,2
Vậy điều kiện lên men tối ưu cho hàm lượng ethanol cao ( 18,2 g/l) là:
Thời gian: 76 giờ, nhiệt độ: 26oC, pH 4.3
3.3.4.1 Kết quả chuyển hóa đường của dịch thủy phân rong lục bằng axit
thành ethanol của chế phẩm nấm men Red Ethanol
ảng 3. 25 Hàm lượng các loại đường và ethanol biến đổi trong quá
trình lên men từ dịch thủy phân axit
Hàm lượng (g/l)
Thành phần
dịch lên men Thời điểm lên Thời điểm lên Thời điểm lên Thời điểm lên
men 0 giờ
men 24 giờ
men 48 giờ
men 76 giờ
Glucose

32,1
12,1
2,09
0,02
Galactose
7,8
7,55
5,8
0,8
Rhamnose
12,6
12,6
12,6
12,6
Ethanol
0
9
15,1
18,2
3.3.4.2 Kết quả chuyển hóa đường của dịch thủy phân rong lục bằng enzyme
thành ethanol bởi chế phẩm nấm men Red Ethanol
ảng 3. 26 Hàm lượng các loại đường và ethanol biến đổi trong quá trình
lên men từ dịch thủy phân rong lục bằng enzyme
Hàm lượng (g/l)
Thành phần
Thời điểm lên
Thời điểm lên
Thời điểm lên men
dịch lên men
men 0 giờ

men 48 giờ
96 giờ
Celobiose
2,46
0
0
Glucose
20,6
5,06
0
Galactose
8,05
8,01
0
Ethanol
0
8,03
14,4
3.3.4.3 Hiệu suất của quá trình lên men từ dich thủy phân rong Ch. linum

21


ảng 3. 27Hiệu suất lên men của dịch thủy phân axit và chế phẩm enzyme
Dịch
ĐTP
ĐLM EtOH HLM (%) HLM theo
HLM (g/kg
TP
(g/l)

(g/l)
(g/l)
theo ĐTP ĐLM (%)
rong khô)
Axit
53
39,9
18,2
67
89,3
182
Enzyme
50
31,5
14,4
56,4
89,7
144
Chú thích bảng 3.28: ĐTP: Đường dịch thủy phân, ĐLM: Đường lên men
Theo kết quả bảng 3.28 hiệu suất lên men từ dịch thủy phân rong
Ch.linum tính theo hàm lượng đường của dịch thủy phân (ĐTP) là: hiệu
suất lên men của dịch thủy phân rong bằng axit 67%, của dịch thủy phân
rong bằng enzyme 56,4%; tính theo hàm lượng đường lên men (ĐLM) là:
hiệu suất lên men dịch thủy phân rong bằng axit 89,3%, của dịch thủy phân
rong bằng enzyme 89,7%, thu được 144-182g ethanol/1kg rong Ch.linum
khô.
Quá trình lên men của hai loại dịch thủy phân rong Ch.linum bằng axit
và bằng enzyme có một số điểm khác nhau, nguyên nhân thành phần
đường của hai loại dịch thủy phân là khác nhau. Thành phần của dịch thủy
phân bằng enzyme là đường glucose, galactose và celobiose đây là nguồn

carbohydrate khi lên men nấm men sử dụng triệt để và thích hợp cho lên
men. Trong khi đó thành phần của dịch thủy phân bằng axit là đường
glucose, galactose, rhamnose, khi lên men nấm men không sử dụng được
đường rhamnose, Tuy nhiên hàm lượng ethanol tạo thành trong quá trình
lên men từ dịch thủy phân bằng enzyme thấp hơn so với dịch thủy phân axit
vì lượng đường tạo thành của dịch thủy phân bằng axit cao hơn lượng
đường trong dịch thủy phân bằng enzyme (không tính đường rhamnose).
Thời gian kết thúc lên men của dịch thủy phân bằng axit 76 giờ ngắn hơn
dịch thủy phân enzyme là 96 giờ, vì thành phần của dịch thủy phân bằng
axit chỉ chứa đường monosaccharid, còn dịch thủy phân bằng enzyme chứa
đường monosaccharid và disaccharid nên cần có thời gian chuyển hóa
disaccharid thành đường monosaccharid.
3.4

hảo sát quá trình đƣờng hóa và lên men đồng thời (SSF) dịch
rong lục sau tiền xử lý

Khảo sát quá trình đường hóa và lên men đồng thời dịch rong
Ch.linum sau tiền xử lý với điều kiện đường hóa bằng chế phẩm
Viscozyme nồng độ 42,5U/g, ở nhiệt độ 500C, thời gian thay đổi 0, 6, 9, 12,
15, 18, 21 giờ, sau đó tiếp tục đường hóa và lên men ở nhiệt độ 300C trong
thời gian 120 giờ. Kết quả được thể hiện ở bảng 3.27.

22


ảng 3. 28 Quá trình lên men đồng thời tiến hành tại các thời điểm khác
nhau.
Thời gian đường
Hàm lượng

Độ nhớt tại thời
Ethanol sau thời
hóa và thời điểm
đường hòa
điểm lên men
gian lên men 120
bổ sung nấm men
tan (g/l)
(cP)
giờ (g/l)
0
3,9 ± 0,3
8300 ±125
0
6 giờ
8,3 ± 0,5
8100 ± 110
0
9 giờ
18,6 ± 0,8
6200 ± 90
5,1 ± 0,05
12 giờ
30,4 ± 0,9
5400 ± 73
11,5 ± 0,11
15 giờ
35,8 ± 0,9
3700 ± 52
13,4 ±0,14

18 giờ
40,5 ± 1,1
3100 ± 50
13,5± 0,14
21 giờ
42,5 ± 1,2
2000 ± 45
13,5± 0,15
Kết quả ở bảng 3.27 cho thấy tại thời điểm đường hóa ban đầu 15 giờ,
quá trình đường hóa và lên men đồng thời diễn ra thuận lợi, kết thúc quá
trình này độ cồn thu được là 13,4 g/l. Do vậy chúng tôi chọn thời gian
đường hóa ban đầu là 15 giờ và đây cũng là thời điểm bổ sung nấm men để
tiến hành tiếp tục đường hóa và lên men đồng thời.
4.1

ẾT LUẬN

1. Tìm ra các loài rong lục là nguyên liệu mới cho sản xuất ethanol
gồm 15 loài thuộc bốn chi rong Chaetomorpha, Cladophora, Ulva,
Enteromorpha có sinh khối lớn. Đã tiến hành nuôi trồng thành công hai
loài rong Chaetomorpha linum và Cladophora socialis
2. Phân tích được thành phần hóa học của hai loại rong Ch. linum và
Cl. socialis, trong đó hàm lượng carbohydrate là 68-70% /w chất khô và
hàm lượng đường 6 carbon là 95-96% /w đường tổng. Chọn được rong
Chaetomorpha linum thích hợp cho nghiên cứu thủy phân và lên men tạo
ethanol
3. Xác định được điều kiện tối ưu cho xử lý thủy phân rong Ch.
linum bằng axit: tỷ lệ rong 100g/l, nồng độ axit 3,3%v/v, thời gian thủy
phân 54 phút, nhiệt độ 123oC. Hàm lượng đường dịch thủy phân 53 g/l,
thành phần đường chính trong dịch là glucose 32,1 g/l; galactose 7,8 g/l;

rhamnose 12,5 g/l
4. Xác định được điều kiện tối ưu cho xử lý thủy phân rong Ch.
linum bằng chế phẩm enzyme Vicozyme L: quá trình tiền xử lý theo tỷ lệ
rong 100g/l, nồng độ axit sufurit 0,3%v/v, gia nhiệt 120oC trong 15 phút;

23


quá trình đường hóa bằng chế phẩm enzyme Viscozyme L nồng độ
42,5U/g, thời gian thủy phân 33 giờ, nhiệt độ 50oC, pH 5,2. Hàm lượng
đường dịch thủy phân 50 g/l, thành phần đường chính trong dịch là glucose
20,6 g/l, galactose 8,05 g/l, cellobiose 2,46g/l.
5. Xác định được điều kiện tối ưu lên men ethanol với chế phẩm nấm
men Red Ethanol từ dịch thủy phân rong Ch. linum bằng axit: thời gian 76
giờ, nhiệt độ 26oC, pH 4,3. Hàm lượng ethanol thu được182 g/kg rong khô.
6. Xác định được điều kiện lên men ethanol với chế phẩm nấm men
Red Ethanol của dịch thủy phân Ch. linum bằng chế phẩm enzyme
Vicozyme L: thời gian 96 giờ, nhiệt độ 30oC, pH 4,5. Hàm lượng ethanol
thu được 144 g/kg rong khô.
7. ước đầu khảo sát được điều kiện đường hóa và lên men đồng
thời dịch rong Ch. linum sau tiền xử lý: thủy phân sơ bộ thời gian 15 giờ, ở
nhiệt độ 50oC bằng chế phẩm enzyme Vicozyme L nồng độ 42,5U/g;
đường hóa và lên men đồng thời với chế phẩm Red Ethanol ở nhiệt độ 30oC
trong thời gian 120 giờ, hàm lượng ethanol thu được 134 g/kg rong khô
4.2

iến Nghị

Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất ethanol từ sinh khối rong lục
Việt Nam.

Tiến hành sản xuất ethanol từ rong lục trên quy mô pilot làm cơ sở phát
triển sản xuất theo quy mô công nghiệp.

24