TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Nghiên cứu chế độ xử lí bã mía cho mục tiêu lên men bioethanol.
Tác giả luận văn: Lê Duy Khương. Khóa: 2009.
Người hướng dẫn: PGS.TS. TÔ KIM ANH.
Nội dung tóm tắt:
a. Lý do chọn đề tài:
Năm 2007, chính phủ đã phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm
2015, tầm nhìn 2025” nhằm tạo ra dạng năng lượng tái tạo được thay cho nhiên liệu hóa
thạch, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường: đến năm 2015 sản
lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn (pha được 5 triệu tấn E5 và B5), đáp ứng
1% nhu cầu xăng dầu cả nước và đến 2025 sẽ đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng 5% nhu cầu xăng
dầu.
Trong các nguyên liệu lignocellulose, bã mía là một trong những nguồn
lignocellulose tập trung nhất. Nếu lượng sinh khối này được chuyển hóa thành đường lên
men được, bã mía sẽ là một trong các nguồn nguyên liệu quan trọng cho mục tiêu sản
xuất cồn nhiên liệu ở nước ta nói riêng và trên thế giới nói chung.
b. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Để tài sẽ tập trung lựa chọn chế độ xử lý bã mía bao gồm tiền xử lí bã mía, thủy
phân bằng hệ enzym cellulase và nghiên cứu thu nhận dịch đường có thể lên men được.
Hiện nay việc thủy phân hemicellulose cũng như tạo các chủng lên men từ đường 5C đã
có những thành công bước đầu nhưng chưa thực sự sẵn sàng áp dụng, do đó hệ cellulase
được sử dụng để thủy phân bã mía thành glucose cho mục tiêu lên men.
c.Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
o Khảo sát để lựa chọn phương án tiền xử lí bã mía.
o Khảo sát khả năng áp dụng laccase trong kết hợp với tiền xử lí hóa-lý.
o Đã lựa chọn chế độ sử dụng laccase cho xử lí dịch sau tiền xử lí, làm tăng
hiệu suất thu hồi ethanol.
o Lựa chọn tỷ lệ các enzym cellulase thủy phân bã mía.
1

d. Phương pháp nghiên cứu:
Lựa chọn nguyên liệu lignocellulose cho nghiên cứu.
Khảo sát các chế độ tiền xử lí nguyên liệu bằng tác nhân hóa nhiệt bao gồm axítnhiệt, kiềm-nhiệt và kết hợp nhiệt kiềm với laccase. Hiệu quả tiền xử lí được đánh giá
thông qua hiệu quả thủy phân bã mía và mức giảm hàm lượng lignin trong bã mía trước
và sau tiền xử lí.
Nghiên cứu loại phenol trong dịch sau tiền xử lí bằng laccase, nhằm giảm sự ức
chế tế bào nấm men. Hiệu quả loại phenol được đánh giá thông qua hiệu suất thu hồi
ethanol và lượng phenol trước và sau xử lí.
Nghiên cứu tối ưu tỷ lệ bổ sung enzym trong hệ cellulase và thời gian thủy phân
bã mía, các thí nghiệm được được đưa ra theo phần mềm Design Expert 7 (DX-7).
Phương án tối ưu được kiểm tra bằng thực nghiệm.
e. Kết luận
1. Đã khảo sát điều kiện tiền xử lí lựa chọn được chế độ tiền xử lí bã mía như sau:
+ Bã mía sấy ở 45oC, bổ sung kiềm với 0,1g NaOH/g bã mía, quá trình thực hiện ở
nhiệt độ 121oC trong thời gian 60 phút, cho hiệu quả thủy phân bã mía cao hơn so với
axít, vôi.
+ Phối hợp laccase (40÷70) U/g bã mía trong tiền xử lí làm tăng hiệu quả thủy
phân bã mía lên 284,15±4,6 mg đường khử/g bã mía (tăng 8,2% so với không phối hợp
laccse), làm giảm hàm lượng lignin tới 72% (tăng 3,1% so với không phối hợp laccase).
2. Bã mía đã xử lí với chế độ lựa chọn có thể được thủy phân hiệu quả với
31,5/53,61/20,47 (CMCase/FPU/CBU)/g bã mía, thời gian thủy phân 40,5 giờ, đạt 435 mg

đường khử/g bã mía.
3.Laccase có thể sử dụng loại phenol khử độc trong dịch thủy phân, làm tăng hiệu
suất thu hồi ethanol tới 76,27±4,67% (tăng 68% so với không khử độc).

2


Luan Van Tot Nghiep

MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... 4
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ 6
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................. 8
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 9
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .....................................................................................11
1.1. Nhiên liệu sinh học ........................................................................................11
1.2. Bã mía, nguyên liệu tập trung cho sản xuất bioethanol ............................13
1.2.1. Cellulose ...............................................................................................14
1.2.2. Hemicellulose ......................................................................................15
1.2.3. Lignin ....................................................................................................18
1.3. Tiền xử lí nguyên liệu lignocellulose ..........................................................19
1.3.1. Tiền xử lí nguyên liệu lignocellulose bằng phƣơng pháp vậy lý ..20
1.3.2. Tiền xử lí lignicellulose bằng phƣơng pháp hóa học ......................20
1.3.3. Tiền xử lí lignocellulose bằng phƣơng pháp hóa lý ........................24
1.4. Tiền xử lí lignocellulose bằng phƣơng pháp sinh học...............................25
1.4.1. Peroxidase.............................................................................................25
1.4.2. Lacase và cơ chế phân hủy lignin......................................................27
1.5. Thủy phân cellulose .......................................................................................31
1.5.1. Thủy phân lignocellulose bằng phƣơng pháp hóa học ...................31
1.5.2. Thủy phân lignocellulose sử dụng enzym ........................................31
1.6. Lên men ethanol dịch thủy phân ..................................................................34
CHƢƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................37
2.1. Vật liệu ............................................................................................................37
2.1.1. Bã mía ...................................................................................................37
2.1.2. Enzym và hóa chất ..............................................................................37


Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
1


Luan Van Tot Nghiep
2.1.3. Chủng vi sinh vật .................................................................................37
2.1.4. Dụng cụ và thiết bị ..............................................................................38
2.2. Các phƣơng pháp phân tích ..........................................................................38
2.2.1. Xác định độ ẩm bã mía bằng phƣơng pháp sấy đến trọng lƣợng
không đổi ................................................................................................................38
2.2.2. Xác định hàm lƣợng cellulose ằng phƣơng pháp Kurshner .........38
2.2.3. Xác định hàm lƣợng lignin theo phƣơng pháp iến tính của
Komarov .................................................................................................................39
2.2.4. Xác định hàm lƣợng đƣờng khử trong dung dịch ...........................41
2.2.5. Xác định hoạt độ enzym .....................................................................42
2.2.6. Xác định hàm lƣợng phenol tổng số trong dung dịch bằng phƣơng
pháp Folin Ciocalteau ...........................................................................................46
2.3. Phƣơng pháp nghiên c ứu...............................................................................47
2.3.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy bã mía ..................................................47
2.3.2. Nghiên cứu lựa chọn tác nhân tiền xử lí hóa-nhiệt bã mía.............48
2.3.3. Khảo sát vai trò của laccase trong tiền xử lí ....................................49
2.3.4. Ảnh hƣởng của thời gian xử lí hóa-nhiệt..........................................49
2.3.5. Tối ƣu tỷ lệ các enzym hệ cellulase ..................................................49
2.3.6. Khảo sát vai trò khử độc dịch thủy phân lignocellulose của laccase
..................................................................................................................................49
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..........................................................52
3.1. Lựa chọn nguyên liệu lignocellulose sử dụng trong nghiên cứu .............52
3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy ã mía đến hiệu quả trình thủy phân..........52

3.3. Tiền xử lí bã mía với H2 SO4 .........................................................................53
3.4. Tiền xử lí trong môi trƣờng kiềm Ca(OH)2 và NaOH ...............................54
3.5. Tiền xử lí hóa nhiệt kết hợp với laccase .....................................................58
3.6. Ảnh hƣởng của thời gian xử lí NaOH- nhiệt đến hiệu quả thủy phân bã
mía ...........................................................................................................................60
3.7. Ảnh hƣởng của tỷ lệ enzym trong hệ cellulase đến hiệu quả thủy phân
bã mía ......................................................................................................................60
3.8. Nghiên cứu kỹ thuật khử phenol của dịch tiền xử lí bằng laccase ..........66
3.8.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới khả năng khử phenol của laccase......67

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
2


Luan Van Tot Nghiep
3.8.2. Ảnh hƣởng của thời gian tới khả năng khử phenol của laccase ....69
3.8.3. Ảnh hƣởng của nồng độ laccase tới khả năng loại phenol trong
dịch ..........................................................................................................................69
KẾT LUẬN .................................................................................................................72
KIẾN NGHỊ ................................................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................74
PHỤ LỤC ....................................................................................................................80

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
3



Luan Van Tot Nghiep
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này cần có một thời gian dài làm việc tập trung,
chăm chỉ, với sự giúp đỡ và hỗ trợ của các thầy cô, gia đình và ạn bè.
Trƣớc tiên, tôi muốn nói lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình vì những hỗ trợ, sự
khuyến khích và động viên tôi trong thời gian thực hiện luận văn này. Tôi muốn
cảm ơn đặc biệt tới PGS.TS Tô Kim Anh, Viện CN sinh học và CN Thực phẩm,
ngƣời đã hƣớng

n và cho tôi lời khuyên, kiến thức về nghiên cứu của tôi trong

thời gian thực hiện luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô trong Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm,
Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội vì những kinh nghiệm và kiến thức mà các thầy
cho em trong quá trình học và làm nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn Ths. Phùng Thị Thủy, KS Lê Tuân, KS Nguyễn Thị
Huyền, đã tạo điều kiện thuận lợi tôi hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn Viện đào tạo sau đại học Trƣờng đại học Bách
Khoa - Hà Nội vì đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành các thủ trong trong quá trình
học và bảo vệ luận văn.
Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2011
Tác giả

Lê Duy Khƣơng

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
4



Luan Van Tot Nghiep
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan tất cả các số liệu nghiên cứu của đề tài là hoàn toàn
trung thực. Các thí nghiệm đƣợc tiến hành một cách nghiêm túc trong quá
trình nghiên cứu, không có sự sao chép từ ất kỳ tài liệu khoa học nào.
Tác giả

Lê Duy Khƣơng

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
5


Luan Van Tot Nghiep

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
-

ABTS: 2,2' -azinobis-3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonate

-

AFEX- Ammonia filber explosive

-


CBU: Celobiase unit

-

CFU: Colony forming unit

-

CMC: Carboxyl-methyl cellulose

-

DNS: Dinitro salicylic

-

DX: Design expert

-

FAO: Food and agriculture organization

-

FC: Folin ciocalteau

-

FPU: Filter paper unit


-

GJ: Gigajoule

-

HBT: 1-Hydroxybenzotriazole

-

HMF: Hydroxy methyl furfural

-

Lac: Laccase

-

LiP: Lignin peroxidase

-

MnP: Manganese peroxidase

-

OPEC: Organization of the Petroleum Exporting Countries

-


SHF: Separate hydrolysis and fermentation
(thủy phân và lên men riêng rẽ )

-

SSF: Simultaneous saccharification and fermentation
(thủy phân và lên men đồng thời)

-

VA: Veratryl alcohol

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
6


Luan Van Tot Nghiep
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Thành phần của một số loại nguyên liệu lignocellulose ........................13
Bảng 3.1 : Các yếu tố đầu vào và khoảng biến đổi ................................................61
Bảng 3.2 : Các chế độ thực nghiệm và kết quả hiệu quả thủy phân bã mía thiết
kế theo DX-7 ......................................................................................................................61
Bảng 3.3 : Kết quả phân tích phƣơng sai c ủa mô hình ..........................................62
Bảng 3.4: Các chế độ và kết quả hiệu quả thủy phân bã mía theo DX-7 ............65
Bảng 3.5 : So sánh hiệu quả của các chế độ thủy phân bã mía ............................70

Le Duy Khuong


Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
7


Luan Van Tot Nghiep
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Mô phỏng cấu trúc của nguyên liệu bã mía ...........................................14
Hình 1.2: Cấu trúc của lignocellulose......................................................................15
Hình 1.3. Mạch acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ...............................................16
Hình 1.4: Mạch glucomannan...................................................................................17
Hình 1.5: Mạch galactoglucomannan ......................................................................17
Hình 1.6: Mạch arabinoglucuronoxylan.................................................................18
Hình 1.7: Cấu trúc của mạng lignin .........................................................................18
Hình 1.8: Mô phỏng cấu trúc lignocellulose trƣớc và sau tiền xử lí....................19
Hình 1.9: Quá trình phân c ắt mối liên kết C-C ...................................................26
Hình 1.10: Cơ chế xúc tác của peroxidase ..............................................................27
Hình 1.11: Cơ chế laccase tác động đến lignin ......................................................28
Hình 1.12: Cơ chế phân hủy lignin và các dạng biến đổi của laccase.................30
Hình 1.13: Cơ chế quá trình thủy phân cellulose bởi hệ enzym cellulase ..........33
Hình 1.14: Sự ức chế tế bào nấm men bởi các chất ức chế sinh ra......................35
Hình 3.1 : Thành phần bã mía nghiên c ứu ..............................................................52
Hình 3.2: Ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy tới hiệu quả thủy phân ã mía ..............53
Hình 3.3: Kết quả tiền xử lí bằng axít H2 SO4 .........................................................54
Hình 3.4 : Kết quả tiền xử lí ã mía trong môi trƣờng kiềm ................................55
Hình 3.5 : So sánh kết quả tiền xử lí bã mía ...........................................................57
Hình 3.6: Đánh giá vai trò của laccase trong tiền xử lí bã mía ............................59
Hình 3.7: Hiệu quả thủy phân bã mía theo thời gian hóa nhiệt ...........................60
Hình 3.8: Kết quả bề mặt đáp ứng của hiệu suất thủy phân bã mía.....................63
Hình 3.9: Kết quả khảo sát vai trò laccase trong khử độc dịch tiền xử lí bằng
laccase .................................................................................................................................69


Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
8


Luan Van Tot Nghiep
MỞ ĐẦU
Với sự gia tăng nhanh chóng giá xăng ầu trên thế giới do cạn kiệt dầu mỏ,
các quốc gia đang tìm kiếm một nguồn nhiên liệu tái tạo có thể thay thế nhiên liệu
hóa thạch trong tƣơng lai gần. Trong số các giải pháp có thể, cồn nhiên liệu đƣợc
sản xuất từ các nguồn sinh khối khác nhau hiện đang là một trong những giải pháp
đang đƣợc quan tâm. Hiện nay ethanol sản xuất từ các nguồn nguyên liệu liên quan
đến tinh bột (ngô, sắn) hoặc đƣờng (củ cải, mía) là giải pháp duy nhất hiện nay thay
thế xăng ầu và giữ vai trò quan trọng: năng lƣợng tái tạo, giúp cắt giảm phát thải
CO2, đảm bảo an ninh năng lƣợng, nâng cao thu nhập cho ngƣời làm nông nghiệp.
Tuy nhiên, đối mặt với an ninh lƣơng thực và hạn chế đất trồng làm việc sản xuất
ethanol từ loại nguyên liệu thực phẩm gặp khó khăn và chỉ là giải pháp trƣớc mắt.
Sinh khối lignocellulose là nguyên liệu tiềm năng cho ioethanol o hàm
lƣợng cellulose và hemicellulose cao, sản lƣợng lớn và có khả năng tái tạo nhanh
hơn các nguyên liệu hóa thạch đang cạn kiệt. Bã mía là một trong những nguồn
lignocellulose tập trung nhất. Nếu lƣợng sinh khối này đƣợc chuyển hóa thành
đƣờng lên men đƣợc, thì bã mía sẽ là một trong các nguồn nguyên liệu quan trọng
cho mục tiêu sản xuất cồn nhiên liệu ở nƣớc ta nói riêng và trên thế giới nói chung.
Ƣớc tính 1kg cellulose có thể thu đƣợc xấp xỉ 0,56 kg ethanol [15]. Tuy
nhiên, công nghệ sản xuất bioethanol từ bã mía nói riêng và lignocellulose nói
chung chƣa đƣợc thƣơng mại hóa. Nguyên nhân do quá trình chuyển hóa cellulose
thành đƣờng lên men đƣợc hiện chiếm chi phí giá thành sản phẩm cao, công nghệ
tiền xử lí chƣa tối ƣu cho mọi loại nguyên liệu, giá thành enzym cao làm cho chi phí

của quá trình thủy phân chiếm tỷ trọng lớn.
Với lợi thế là nƣớc có khí hậu nhiệt đới, Việt Nam sở hữu một nguồn nguyên
liệu mong ƣớc so với các nƣớc có khí hậu ôn và hàn đới. Trong những năm gần đây
việc nghiên cứu phát triển cồn nhiên liệu ở Việt Nam bắt đầu đƣợc quan tâm, mở ra
một thời kỳ mới đƣợc dự báo là rất hấp d n và không ít những thách thức.

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
9


Luan Van Tot Nghiep
Để góp phần vào quá trình nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lí lignocellulose
chung, đề tài của tôi chọn là “Nghiên cứu chế độ xử lí bã mía cho mục tiêu lên men
bioethanol“.
Nội dung của vấn đề nghiên cứu bao gồm:
o Khảo sát để lựa chọn phƣơng án tiền xử lí bã mía.
o Khảo sát khả năng áp ụng laccase trong kết hợp với tiền xử lí hóa-lý.
o Khảo sát khả năng khử độc dịch tiền xử lí bằng enzym laccase.
o Lựa chọn tỷ lệ các enzym cellulase thủy phân bã mía.
o Đƣa ra chế độ xử lí bã mía thu nhận dịch thủy phân có thể lên men
đƣợc.

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
10



Luan Van Tot Nghiep
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học ao gồm các loại nhiên liệu ở trạng thái lỏng, rắn hay khí
đƣợc sản xuất từ các nguồn sinh khối không đồng ạng.
Hiện nay, một trong các nhiệm vụ trọng điểm của quốc gia là phát triển các
nhiên liệu thay thế các nhiên liệu hóa thạch, dự kiến sẽ giảm 80% vào năm 2030,
cạn kiệt hoàn toàn vào năm 2050. Với giá dầu đạt kỷ lục, nhiên liệu sinh học làm từ
cây trồng đƣợc quan tâm trên toàn thế giới. Sản xuất nhiên liệu sinh học toàn cầu đã
tăng gấp ba lần từ 4,8 tỷ galon năm 2000 lên khoảng 16,0 tỷ trong năm 2007.
Khoảng 90 % nhiên liệu sinh học đƣợc sản xuất tập trung ở Hoa Kỳ, Brazil & Liên
minh Châu Âu [16]. Ngày nay, ethanol đƣợc coi nhƣ một nguồn năng lƣợng có khả
năng thay thế xăng ở mức 5 ÷ 10% mà không phải thay đổi cấu trúc và vật liệu chế
tạo động cơ. Brazil thúc đẩy sự sử dụng ethanol tại hầu hết các trạm xăng ầu và
sản xuất xe ô tô nhiên liệu linh hoạt (có khả năng sử dụng xăng nguyên chất, E25).
Mỹ đề nghị luật pháp cung cấp ƣu đãi để mở rộng E85 phân phối và sản xuất nhiều
xe E85 [16].
Hiện tại, tổng sản lƣợng ethanol trên toàn thế giới ƣớc tính khoảng 60 triệu
tấn, trong đó 47% đƣợc sản xuất từ mía đƣờng và 53% từ tinh ột (ngô, sắn ...).
Tăng trƣởng hàng năm về sản lƣợng ioethanol của các quốc gia ƣớc tính 1,4%
(Trung Quốc) tới 9,9% (Cana a). Dự kiến tới 2012 lƣợng ioethanol tăng tới 81,9
triệu tấn, trong đó

a quốc gia đứng hàng đầu thế giới về sản xuất và tiêu thụ

ioethanol là Mỹ, Brasil & Trung Quốc. Trong các nƣớc khối Đông Nam Á, Thái
Lan là quốc gia có sản lƣợng ethanol phát triển nhanh, chủ yếu từ các nguyên liệu
tinh ột-đƣờng [43]. Tại Việt Nam, năm 2007 chính phủ đã phê uyệt “Đề án phát
triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2025” nhằm tạo ra ạng năng
lƣợng tái tạo đƣợc thay cho nhiên liệu hóa thạch, góp phần ảo đảm an ninh năng

lƣợng và ảo vệ môi trƣờng: đến năm 2015 sản lƣợng ethanol và ầu thực vật đạt
250 ngàn tấn (pha đƣợc 5 triệu tấn E5 và B5), đáp ứng 1% nhu cầu xăng ầu cả
nƣớc, và đến 2025 sẽ đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng 5% nhu cầu xăng ầu. Có a con

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
11


Luan Van Tot Nghiep
đƣờng chính trên thế giới để điều chế nhiên liệu sinh học ( io-ethanol) là cây
nguyên liệu chứa đƣờng (mía, củ cải đƣờng, nƣớc thốt nốt...), cây nguyên liệu chứa
tinh ột ( ắp, gạo, lúa mì, khoai mì...), cây nguyên liệu chứa cellulose (cây sinh
trƣởng nhanh cho xơ nhiều, phế phẩm nông nghiệp)..
Bioethanol thế hệ thứ nhất là ethanol đƣợc sản xuất phổ iến từ các nguồn
tinh ột hoặc đƣờng nhƣ: sắn, rỉ đƣờng (ở Châu Á), ngô (ở Hoa Kỳ), củ cải đƣờng
và lúa mì (ở Châu Âu). Tuy nhiên, việc phát triển ethanol từ nguyên liệu thế hệ thứ
nhất đang đối mặt với nhiều thách thức, trƣớc tiên là sự ất ổn về an ninh lƣợng
thực và sự hạn chế đất trồng, đồng thời chi phí lƣơng thực ngày càng cao o nhu
cầu ngày càng tăng. Tổ chức Nông Lƣơng Liên Hiệp Quốc ƣớc tính trong năm 2008
có 963.000.000 ngƣời suy inh ƣỡng trên thế giới, ngƣời không tiêu thụ đủ năng
lƣợng cơ

ản hàng ngày để duy trì hoạt động, cuộc sống lành mạnh, so với

923.000.000 năm 2007 [16]. Do vậy FAO đã khuyến cáo các nƣớc không nên sản
xuất ioethanol từ nguyên liệu liên quan đến tinh ột. Tại Việt Nam, nhu cầu sử
ụng ethanol ngày càng tăng,


n đến sự thiếu hụt nghiêm trọng nguyên liệu sắn

cho các nhà máy sản xuất ethanol: tổng sản lƣợng sắn năm 2009 là 9,45 triệu tấn.
Bắt đầu từ năm 2010 iện tích trồng sắn ị giới hạn ở 500.000ha với năng suất là
16,9 tấn/ha. Sắn đƣợc sử ụng cho nhiều mục đích, có cả xuất khẩu đã

n tới sự

cạnh tranh về nguyên liệu. Hệ quả tất yếu là giá sắn lên cao từ 12.000đ/kg (2009)
lên 16.000đ/kg (2010). Đứng trƣớc tình trạng này ngành ethanol từ sắn rất có thể ị
ảnh hƣởng mạnh nếu không có cơ chế cho vùng nguyên liệu.
Để phát triển ngành công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học một cách ền
vững, cả thế giới đang chuyển hƣớng sang lựa chọn

ạng nguyên liệu thứ hai.

Bioethanol thế hệ thứ hai đƣợc sản xuất từ nguyên liệu nhƣ gỗ, ã nía, rơm rạ…,nó
mang đến các viễn cảnh vô cùng tƣơi đẹp : (i) không gây ảnh hƣởng đến nguồn thực
phẩm, (ii) giá nguyên liệu rẻ hơn, (iii) nguyên liệu tái tạo nhanh đồng nghĩa với việc
sản xuất ioethanol nhanh hơn các nhiên liệu hóa thạch. Phát triển ioethanol thế hệ
thứ hai giúp nâng cao giá trị các phụ phẩm nông nghiệp, từ đó góp phần nâng cao
thu nhập cho ngƣời làm nông nghiệp [8].

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
12


Luan Van Tot Nghiep

Hàng năm, quá trình quang hợp ở thực vật đã tổng hợp đƣợc khoảng 232 tỷ
tấn cac on hữu cơ, trong đó có 172 tỷ tấn tạo ra từ trên cạn, 60 tỷ tấn tạo thành ƣới
iển. Trong số đó lignocellulose ở ạng các thành tễ ào thực vật chiếm 30% [19].
Tuy nhiên, cho đến nay chƣa có một công nghệ sản xuất ethanol từ lignocellulose
đƣợc công ố là hiệu quả về mặt kinh tế. Nguyên nhân ở đây là quá trình chuyển
hóa cellulose thành đƣờng lên men đƣợc chiếm tới 50% chi phí giá thành ao gồm:
chi phí cho tiền xử lí chƣa tối ƣu với từng nguyên liệu, giá thành enzym cao so với
hiệu quả thủy phân bã mía mang lại. Nhƣng với các nỗ lực nghiên cứu cho phát
triển ioethanol thế hệ thứ hai từ các phụ phẩm nông nghiệp, lâm nghiệp trong
những năm gần đây đang ngày càng tiến gần hơn đến việc hiện thực hóa ngành
công nghiệp sản xuất ioethanol thế hệ thứ hai.
1.2. Bã mía, nguyên liệu tập trung cho sản xuất bioethanol
Bã mía là một lignocellulose từ phụ phẩm của công nghiệp mía đƣờng. Ở
Việt Nam, bã mía chủ yếu đƣợc sử dụng nhƣ một nguồn chất đốt tại một số vùng
nông thôn và tại chính các nhà máy.
Bảng 1: Thành phần của một số loại nguyên liệu lignocellulose [46]

Cellulose

Hemicellulose

Lignin

Gỗ cứng

40÷55%

24÷40%

18÷25%


Gỗ mềm

45÷50%

25÷35%

25÷35%

Rơm rạ

30÷43%

22÷35%

15÷23%

Bã mía

40÷55%

25÷40%

5÷25%

Cỏ

25÷40%

35÷50%


10÷30%

Là nguyên liệu chứa lignocellulose, bã mía có thành phần chủ yếu là 3 loại
polyme: cellulose, hemicellulose và lignin đƣợc liên kết chặt chẽ với nhau bởi các
liên kết phi đồng hóa trị và đồng hóa trị. Tại Việt Nam, bã mía có thành phần gồm
46,53% cellulose, 29,11% hemicellulose, 21,36% lignin [4], với hàm lƣợng
cellulose cao bã mía có thể chọn là một nguồn nguyên liệu cho sản xuất bioethanol.

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
13


Luan Van Tot Nghiep

Hình 1.1: Mô phỏng cấu trúc của nguyên liệu bã mía
1.2.1. Cellulose
Cellulose là thành phần polyme phổ biến nhất trong tự nhiên, chiếm 50%
lƣợng sinh khối thực vật. Cấu trúc của cellulose là polysaccharit đồng thể mạch
thẳng cấu tạo bởi các tiểu đơn vị glucose liên kết với nhau bởi các liên kết loại O–(1,4)-glycozit. Các mạch này đƣợc định hƣớng và có một đầu khử với nhóm chức
hydroxyl ở vị trí C1 tự o. Đầu còn lại là đầu không khử, nhóm chức hydroxyl ở vị
trí C1 bị bao vây trong một liên kết O–glycozit. Các mạch cellulose đƣợc nhóm lại
với nhau ƣới dạng vi sợi bền bởi các liên kết hydro nội và ngoại phân tử [39].

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
14



Luan Van Tot Nghiep

Hình 1.2: Cấu trúc của lignocellulose
Cellulose gồm từ 1.400÷10.000 gốc β-D-glucose liên kết với nhau bằng liên
kết β-1,4–glucozit tạo thành dạng chuỗi. Cấu trúc micell của cellulose bao gồm
đồng thời vùng kết tinh và vùng không định hình. Vùng kết tinh có cấu trúc trật tự
rất cao, cấu trúc sợi đậm đặc và chặt chẽ nhƣ tinh thể, chiếm khoảng ¾ cấu trúc
cellulose [41].Tỷ lệ vùng kết tinh với vùng vô định hình tùy thuộc vào nguồn gốc
xuất xứ của nguyên liệu. Sự kết tinh của cellulose một phần là nhờ các liên kết
hydro giữa các mạch cellulose. Tất cả các nhóm hy roxyl trong pha vô định hình là
đều hấp thụ với nƣớc và trƣơng nở giúp cho cellulase tấn công dễ dàng. Trong khi
chỉ vài số ít các nhóm hydroxyl –OH trong vùng kết tinh có tƣơng tác với nƣớc, ở
điều kiện thƣờng cellulase chỉ có thể tác động lên bề mặt sợi cellulose. Tuy nhiên,
việc thủy phân cellulose chỉ có thể diễn ra khi cellulose đã tách ra khỏi các thành
phần cùng cấu tạo nên thành tế bào thực vật. Các đƣờng glucose đƣợc thủy phân ra
từ cellulose đƣợc lên men ethanol nhờ nấm men.
1.2.2. Hemicellulose
Hemicellulose là một polysaccharit chiếm tỷ lệ lớn trên thế giới sau
cellulose, là các polysaccharit dị thể, phân nhánh, liên kết với cellulose tạo nên

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
15


Luan Van Tot Nghiep
thành tế bào thực vật. Hemicellulose chứa cả đƣờng 6 cacbon gồm glucose,

mannose và galactose và đƣờng 5 gồm xylose và arabinose. Tùy thuộc vào tỷ lệ của
các thành phần đơn phân, hemicellulose còn đƣợc gọi là mannan (chứa mannose),
xylan (chứa xylose) hay galactan (chứa galactose). Liên kết giữa hemicellulose với
các polysacchrit khác và lignin đƣợc thực hiện bởi các liên kết mạch ngắn. Do vậy,
hemicellulose luôn luôn tồn tại ƣới dạng vô định hình và rất dễ dàng bị thủy phân
[25].
• Mạch chính của hemicellulose đƣợc 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 thƣờng là disaccharit
hoặc trisaccharit. Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharit 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.
Các phân tử đƣờng đƣợc liên kết với nhau bởi liên kết β-1,4, β-1,3 và β-1,6glucozit, thƣờng bị acetyl hóa, tạo thành keo dính các phân tử cellulose và lignin.
Gỗ cứng, gỗ mềm và nguyên liệu phi gỗ có các đặc điểm hemicellulose khác nhau:
- Acetyl-4-O-methylglucuronoxylan, là một loại polyme có mạch chính
gồm β-D-xylopyranose liên kết với nhau bằng liên kết β-D (1,4). Trong đó 70% các
nhóm -OH ở vị trí C2 và C3 bị acetyl hóa, 10% các nhóm ở vị trí C2 liên kết với
acid 4- O-methyl-D-glucuronic. Gỗ cứng còn chứa glucomannan, polyme này chứa
một tỉ lệ bằng nhau β-D-glucopyranose và β-D-mannopyranose [12].

Hình 1.3. Mạch acetyl-4-O-methylglucuronoxylan

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
16


Luan Van Tot Nghiep


Hình 1.4: Mạch glucomannan
- Loại thứ hai có mạch chính là β-D-galactopyranose, phân nhánh. Loại
hemicellulose này tạo liên kết –O tại nhóm -OH ở vị trí C6 với α-L-ara inose, β-Dgalactose hoặc aci β-D-glucoronic [12].
- Galactoglucomannan, đây là polyme cấu thành từ các phân tử Dmannopyranose liên kết với D-glucopyranose bằng liên kết β-(1,4) với tỉ lệ hai
monome tƣơng ứng là 3:1. Tuy nhiên, tỉ lệ này thay đổi tùy theo loại gỗ [12].

Hình 1.5: Mạch galactoglucomannan
- Arabino-4-O-methylglucuronoxylan, cấu tạo từ các D-xylopyranose, các
monome này bị thế ở vị trí 2 bằng acid 4-O-methyl-glucuronic, ở vị trí 3 bằng αL-arabinofuranose [12].
Đối với bã mía, 20 ÷ 40% hemicellulose là xylose. Polysaccharide này cấu
tạo từ các D-xylopyranose, OH ở C2 bị thế bởi acid 4-O-methylglucuronic. -OH ở
vị trí C3 sẽ tạo mạch nhánh với α-L-arabinofuranose [12].

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
17


Luan Van Tot Nghiep

Hình 1.6: Mạch arabinoglucuronoxylan
Cấu tạo phức tạp của hemicellolose tạo nên nhiều tính chất hóa sinh và lý sinh
cho cây.
1.2.3. Lignin
Lignin là thành phần liên kết giữa hemicellulose và cellulose tạo nên cầu nối
vật lý có tác dụng nhƣ một rào chắn của màng tế bào thực vật. Nó giúp dựng lên cấu
trúc màng tế bào, tạo khả năng án thấm và khả năng chống chịu trƣớc những tấn
công của vi sinh vật, enzym hay các tác nhân oxy hóa. Lignin là tên gọi chung của

một tập hợp các polyphenol có khối lƣợng phân tử lớn, có thành phần và cấu trúc đa
dạng, không tan trong nƣớc.

Hình 1.7: Cấu trúc của mạng lignin [45]

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
18


Luan Van Tot Nghiep
Lignin đƣợc cấu thành bởi 3 đơn vị là các rƣợu phenol: Alcohol
coniferylic, Alcohol p-coumarylic, Alcohol sinapylic. Các co-polyme của lignin
cũng chứa các đơn vị cơ ản parahydroxylphenyl, guaiacyle và syringyle [10].
Do đó, phân hủy lignin sẽ tạo điều kiện cho thủy phân ã mía hiệu quả, các
nghiên cứu đã sự tỷ lệ thuận giữa mức độ lignin bị phân hủy và mức độ thủy phân
ã mía [24].
1.3. Tiền xử lí nguyên liệu lignocellulose
Trƣớc khi thủy phân, nguyên liệu cần đƣợc tiền xử lí với mục tiêu giảm hàm
lƣợng lignin và hemicellulose trong vật liệu, làm trƣơng nở ma trận lignocellulose
và tăng kích thƣớc lỗ trong sợi lignocellulose, làm giảm mức độ kết tinh của
cellulose qua đó gia tăng iện tích bề mặt giữa enzym và cơ chất. Có rất nhiều các
phƣơng pháp tiền xử lí nhƣ phƣơng pháp vật lý, hóa học, sinh học hoặc phối kết
hợp. Nhƣng không có một phƣơng pháp tối ƣu cho mọi loại nguyên liệu. Thông
thƣờng quá trình làm mất mát chất khô hay sự phân hủy các loại đƣờng sinh ra và
tạo thành các chất ức chế vi sinh vật. Yêu cầu quá trình tiền xử lí cần phải hiệu quả,
các thiết bị dùng cho quá trình tiền xử lí cần phải đơn giản và ít tốn kém, chi phí xử
lí cần phải đƣợc giảm thiểu tối đa, nhất là chi phí cho năng lƣợng và hóa chất.


Hình 1.8: Mô phỏng cấu trúc lignocellulose trƣớc và sau tiền xử lí

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
19


Luan Van Tot Nghiep
1.3.1. Tiền xử lí nguyên liệu lignocellulose bằng phƣơng pháp vậy lý
1.3.1.1. Phƣơng pháp cơ học
Nguyên tắc của phƣơng pháp này là gia tăng ề mặt tiếp xúc giữa cơ chất với
các enzym, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy phân bằng enzym. Phƣơng
pháp này làm giảm mức độ trùng hợp của cellulose, lignin và mức độ kết tinh của
cellulose. Phƣơng pháp vật lý bao gồm: nghiền hoặc nghiền đến kích thƣớc nano,
xử lí bức xạ năng lƣợng cao, xử lí thủy nhiệt và nổ hơi. Ƣu điểm của các phƣơng
pháp thuộc nhóm này là không sử dụng hóa chất trong quá trình xử lí, nhƣng tiêu
hao năng lƣợng lớn. Tuy nhiên v n còn là quá khó để có thể sử dụng phƣơng pháp
này ở quy mô lớn [39].
1.3.1.2. Phƣơng pháp thủy-nhiệt
Quá trình thƣờng đun nguyên liệu trong nƣớc ƣới áp suất cao ở nhiệt độ
200 o C÷230 o C có thể làm hòa tan từ 80÷90% hemicellulose và mở mạch cellulose,
quá trình thủy phân cellulose nhờ các enzym sau đó có thể đạt 90%. Thời gian đun
thƣờng từ 15÷60 phút. Các nghiên cứu đƣợc tiến hành trong điều kiện phòng thí
nghiệm đã chỉ ra rằng phƣơng pháp này có khả năng hòa tan hoàn toàn
hemicellulose và một lƣợng đáng kể lignin. Nó cũng cho phép gia tăng kích thƣớc
các lỗ của ma trận lignocellulose và làm giảm mức độ kết tinh của cellulose qua đó
tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy phân bằng enzym sau này. Phƣơng pháp
này mặc dù có khá nhiều ƣu điểm: Mức độ hòa tan pentose và cơ chất sau tiền xử lí
hấp thụ enzym tốt, không cần sử dụng hóa chất, ít tạo thành chất ức chế, ít gây thất

thoát chất khô và có thể xử lí đƣợc với nồng độ cơ chất cao (trên 20 bar) [34].
Nhƣng khó đƣợc áp dụng trên quy mô lớn chủ yếu vì khó khăn khi phải thực
hiện ở nhiệt độ và áp suất cao.
1.3.2. Tiền xử lí lignicellulose bằng phƣơng pháp hóa học
1.3.2.1. Tiền xử lí trong môi trƣờng axít loãng
Xử lí với axít loãng là một trong những phƣơng pháp đơn giản và dễ áp dụng
nhất trong tất cả các phòng thí nghiệm mà không cần bất kỳ một thiết bị chuyên
dụng nào. Ion H+ ở nhiệt độ cao có khả năng phân cắt các liên kết glucozit và phân
hủy hemicellulose cũng nhƣ giảm mức độ kết tinh của cellulose [33].

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
20


Luan Van Tot Nghiep
Trong quá trình tiền xử lí với axít, hemicellulose dễ dàng bị phân hủy hơn so
với cellulose hay lignin. Vì thế, các hợp phần cellulose và lignin trong pha rắn hầu
nhƣ không ị thay đổi và có thể tiếp tục đƣợc xử lí về sau [33]. Tùy theo các điều
kiện tiền xử lí, pha lỏng của dịch thủy phân sẽ bao gồm các đƣờng đơn là xylose,
glucose hay arabinose, các sản phẩm của sự phân hủy hemicellulose (các
oligosaccharit từ polysaccharit, axít acetic từ sự thủy phân nhóm acetyl liên kết với
đƣờng) và/hoặc các sản phẩm của sự phân hủy monosacchrit (furfural-sản phẩn của
sự khử nƣớc đƣờng pentose, 5-hydroxymethylfurfural (HMF) - sản phẩm của sự
khử nƣớc đƣờng hexose) [34]. Các sản phẩm này đều là những chất ức chế đến sự
phát triển của vi sinh vật, do vậy ức chế quá trình lên men sau này.
Tiền xử lí với axít sulfuric
Pattra và cộng sự [37], đã nghiên cứu quá trình tiền xử lí bã mía sử dụng axít
sulfuric ở các nồng độ khác nhau 0,25÷7% (w/v), thời gian xử lí thay đổi từ 15÷240

phút ở 121 o C, áp suất 1,5 kg/cm2 . Các điều kiện tối ƣu thu đƣợc là 0,5% (w/v)
H2SO4 trong 60 phút, hiệu quả thủy phân ằng hệ cellulase đƣợc sử dụng để đánh
giá hiệu quả tiền xử lí nguyên liệu với kết quả thu đƣợc 24,5g/l đƣờng tổng số.
Trong đó, đạt đƣợc là 11g/l glucose; xylose 11,29g/l; arabinose 2,22g/l; axít acetic
2,48g/l và furfural 0,12g/l. Việc tăng nồng độ H2SO4 từ 0,5% lên 1% không làm
thay đổi hàm lƣợng đƣờng glucose sinh ra trong dịch thủy phân bã mía. Khi nồng
độ H2SO4 tăng từ 1% lên 1,5%, hàm lƣợng glucose thậm chí còn giảm. Xylose đƣợc
coi nhƣ là đƣờng chính thu đƣợc khi tiền xử lí lignocellulose bằng axít [38].
Tiền xử lí với axít clohydric
Axít clohydric (HCl) đƣợc sử dụng để xử lí các lignocellulose khác nhau nhƣ
là rơm của cây lúa miến, bã mía.... Tuy nhiên, sự tác động tới môi trƣờng và tính
chất ăn mòn là những hạn chế của phƣơng pháp này. Sử dụng HCl tiền xử lí bã mía
cho phép thu đƣợc dịch thủy phân sau này với hiệu suất cao hơn so với các loại
nguyên liệu lignocellulose khác, đƣờng khử thu đƣợc 37,21% theo khối lƣợng bã
mía [23].
Tiền xử lí với axít phosphoric

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
21


Luan Van Tot Nghiep
Lợi thế của việc sử dụng axít phosphoric (H3 PO4 ) là sau quá trình trung hòa
dịch tiền xử lí bằng NaOH, muối tạo thành natri phosphat trong dung dịch có thể
đƣợc sử dụng nhƣ một nguồn chất inh ƣỡng cho các vi sinh vật [35]. Vì vậy, quá
trình lọc tách bã là không cần thiết. Việc giảm bớt đƣợc một giai đoạn lọc làm cho
phƣơng pháp này có khả năng sinh lợi cao hơn và có tác động tích cực đến môi
trƣờng (không sinh ra các chất thải là muối). Gámez và cộng sự [34], đã nghiên cứu

tiền xử lí bã mía với H3PO4 1% trong 1giờ ở 145 oC. Bã mía tiền xử lí đƣợc trung
hòa bằng NaOH, bổ sung enzym Biocellulase của Kerry Bioscience 50FPU/g bã
mía khô, thu đƣợc 424 mg đƣờng khử/g bã mía khô và Novozym 188 của Sigma
Aldrich 0,5FPU/g bã mía khô, thu đƣợc 198 mg đƣờng khử/g bã mía khô.
Tiền xử lí với axít nitric
Rodriguez-Chong và cộng sự [5] đã so sánh kết quả tiền xử lí bã mía bằng
axít nitric (HNO3) với xử lí bằng H2SO4 và H3 PO4 cho thấy tiền xử lí với HNO3 cho
hiệu quả thủy phân ã mía tƣơng tự.
1.3.2.2. Tiền xử lí lignocellulose trong môi trƣờng kiềm
Tiền xử lí trong môi trƣờng kiềm là quá trình sử dụng dung dịch kiềm ở nhiệt
độ và áp suất thấp hơn so với các phƣơng pháp thủy-nhiệt, cho phép hòa tan gần
nhƣ hoàn toàn lignin và một phần hemicellulose cũng nhƣ làm trƣơng nở các sợi
cellulose và làm cho chúng dễ bị thủy phân hơn ởi enzym [6]. Mức độ trùng hợp
và chỉ số kết tinh của cellulose đƣợc hạ thấp. Trong điều kiện tiền xử lí với 0,8÷1,2
g Ca(OH)2 cho 10g bã mía khô, nhiệt độ 90÷120 oC và thời gian xử lí khoảng 60
phút, kết quả thuỷ phân sử dụng enzym thu đƣợc 659mg đƣờng khử tổng số/g bã
mía khô [44]. Theo Ymashita và cộng sự [48], với điều kiện tiền xử lí 0,1g NaOH/g
tre cho hiệu quả thủy phân nhờ enzym 568 mg đƣờng khử tổng số/g tre.
1.3.2.3. Tiền xử lí lignocellulose bằng phƣơng pháp chiết dung môi
Phƣơng pháp chiết dung môi dựa vào việc hòa tan và chiết lignin cũng nhƣ
hemicellulose trong một dung môi hữu cơ (methanol hay ethanol). HCl hay H2 SO4
thƣờng đƣợc thêm vào khi nhiệt độ phản ứng đạt ≥185 oC, dung môi hữu cơ sau đó
đƣợc tách ra bằng cách cho ay hơi và đƣợc tái sử dụng. Phƣơng pháp tiền xử lí này
cho phép thu hồi gần nhƣ hoàn toàn lƣợng lignin và có thể đƣợc sử dụng độc lập.

Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
22



Luan Van Tot Nghiep
Glycerol, phụ phẩm của quá trình sản xuất biodiesel có thể đƣợc sử dụng nhƣ là
dung môi cho phƣơng pháp chiết dung môi. Ngƣời ta đã chứng minh rằng glycerol
có thể tách đƣợc hơn 60% hemicellulose và hơn 60% lignin, cao hơn so với phƣơng
pháp nổ hơi (60% hemicellulose và 10% lignin bị phân hủy) [41]. Axít formic, một
dung môi hữu cơ cũng đƣợc thử nghiệm để tiền xử lí lignocelulose ở áp suất khí
quyển. Sự khử lignin trong lignocellulose diễn ra trong dung dịch 90% axít formic
gần nhƣ hoàn toàn sau khoảng 80 phút. Chu trình này kết hợp việc sử dụng một
lƣợng nhỏ dung môi hữu cơ và tạo điều kiện cho việc thu hồi lignin bằng cách giảm
áp suất sau khi đƣa về dạng bột [31]. Tuy vậy, phƣơng pháp này có giá thành cao.
1.3.2.4. Tiền xử lí lignocellulose bằng phƣơng pháp oxi hóa
Trong quá trình này, lignin đƣợc ozone hóa hoặc oxy hóa lignin đến một
mức độ thấp hơn, kết quả khảo sát cho thấy hàm lƣợng lignin giảm 40-50%. Ozone
đã đƣợc thử nghiệm oxy hóa các cơ chất nhƣ rơm, lúa mì, bã mía hoặc thông, kết
quả làm tăng khả năng tiếp cận của các enzym trong quá trình thủy phân
lignocellulose thành các đƣờng đơn đạt hiệu suất thủy phân cellulose 74,9% bằng
cách xử lí sơ ộ tại 195°C, 15 phút và pH kiềm. Việc khử lignin bằng phƣơng pháp
oxy hóa rất hiệu quả với sự hạn chế của các hợp chất ức chế nấm men.
Martin và cộng sự [27] đã đánh giá các điều kiện oxy hóa khác nhau thông
qua đánh giá khả năng khả năng thủy phân cellulose trong bã mía bằng hệ cellulase.
Các biến nghiên cứu đã đƣợc xác lập là pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng, trong
điều kiện áp suất 12bar, pH đƣợc điều chỉnh bằng cách thêm H2SO4 hoặc Na2CO3 .
Kết quả nghiên cứu thu đƣợc 161mg đƣờng khử/g bã mía, xử lí nguyên liệu ở
185°C trong 5 phút, pH axít. Các phân tích thành phần chất rắn còn lại sau tiền xử lí
cho thấy có sự hòa tan của hemicellulose, nhƣng nồng độ khử trong phần chất lỏng
là rất thấp, các sản phẩm sau tiền xử lí phát hiện trong dịch chủ yếu là các
oligosaccharit của hemicellulose [27]. Phản ứng oxy hóa lignin trong bã mía nhờ Nmethyl-N-oxit ở 130°C trong 1 giờ với nƣớc khử ion cho thấy 95% cellulose đƣợc
chuyển thành glucose sau thủy phân [13]. Hạn chế của phƣơng pháp này là chi phí
hóa chất lớn, làm quá trình có chi phí cao.


Le Duy Khuong

Vien Cong nghe Sinh hoc & Cong nghe Thuc pham
23