Thạc Sĩ Nghiên cứu phương pháp loại bỏ lignin trong sinh khối cây thân cỏ Varisme 6 nhằm thu hồi cellulose l

MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề.
Cellulose là một polymer hữu cơ phổ biến nhất trong tự nhiên.Trong hàng ngàn năm lịch sử nhân loại, cellulose được xem như một vật liệu không thể thiếu cho quần áo, nhà ở, và còn đóng vai trò vô cùng quan trọng trong sự hình thành nền văn hóa của con người[15]. Cellulose được hình thành bởi các liên kết 1-4 glucoside giữa các đơn phân là glucose. Trong tự nhiên cellulose là thành phần vô cùng quan trọng trong cấu trúc của thực vật. Cellulose không đứng một mình riêng lẻ mà được bao bọc và liên kết chặt chẽ với các thành phần khác như lignin và hemicellulose tạo thành cấu trúc vững chắc lignocellulose [19].Việc loại bỏ lignin nhằm thu hồi cellulose là công việc được quan tâm trên toàn thế giới. Đặc biệt khi các vấn đề về “an ninh năng lượng”, môi trường sống thay đổi trở thành vấn đề cấp thiết mang
tính chất toàn cầu, thì việc thu hồi được cellulose và hemicellulose từ các phế phẩm nông nghiệp, các loài cỏ dại như là một giải pháp “ nhất cử lưỡng tiện” được ưu tiên hàng đầu.
Việt Nam là quốc gia nông nghiệp, được thiên nhiên ưu đãi, đất đai màu mỡ nên ngoài các phụ phẩm nông nghiệp còn là nơi tập trung tới 12.000 loài cây cỏ[2]. Đây là một thuận lợi vô cùng lớn về nguồn nguyên liệu chứa cellulose. Nhưng nguồn cellulose này hiện nay ở nước ta vẫn chưa được sử dụng một cách hữu hiệu nhất. Nếu có một phương pháp tốt để thu hồi, lượng cellulose này sẽ đem lại những lợi ích vô cùng lớn cả về mặt kinh tế lẫn môi trường. Chính vì những lý do trên, dưới sự hướng dẫn của TS.Bùi Minh Trí tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phương pháp loại bỏ lignin trong sinh khối cây thân cỏ nhằm thu hồi cellulose làm nguyên liệu trong sản xuất cồn sinh học”.
1.2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài
1.2.1. Mục tiêu
- Đánh giá được thành phần cơ bản và tiềm năng sử dụng sinh khối của một số loại cỏ thu nhận được.
- Xây dựng kỹ thuật tiền xử lý tối ưu đối với giống cỏ điển hình nhằm thu hồi được lượng cellulose cao nhất có thể làm nguyên liệu cho quá trình chuyển hóa tạo cồn sinh học.
- Phân lập, tuyển chọn những chủng nấm có khả năng phân hủy cellulose. Tiến hành canh trường thu enzyme cellulose.
1.2.2. Yêu cầu
- Xác định hàm lượng cellulose trong mẫu trước và sau quá trình tiền xử lý.
- Xác định biện pháp tiền xử lý loại bỏ lignin tối ưu.
- Nắm vững các kỹ thuật phân lập, tuyển chọn và canh trường thu enzyme.
1.3.Thời gian và địa điểm
Đề tài được thực hiện tại: Viện nghiên cứu Công nghệ sinh học và Môi
trường – Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM từ tháng 11/2010 đến tháng 1 năm
2012.

MỤC LỤC

MỤC LỤC i
DANH SÁCH CÁC BẢNG . ix
DANH SÁCH HÌNH VÀ ĐỒ THỊ . x
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xiii
Chương 1: Mở đầu 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài . 1
1.2.1. Mục tiêu 1
1.2.2. Yêu cầu . 2
1.3. Thời gian và địa điểm thực hiện . 2
Chương 2: Tổng quan tài liệu . 3
2.1. Vai trò sinh khối trong sản xuất nhiên liệu sinh học 3
2.1.1. Khái niệm nhiên liệu sinh học (NLSH) 3
2.1.2. Vai trò sinh khối trong sản xuất NLSH 4
2.2. Tổng quan về cây cỏ ở Việt Nam . 6
2.2.1. Thành phần của các cây thân cỏ. . 6
2.2.1.1. Thành phần cấu tạo cellulose . . 8
2.2.1.2. Thành phần cấu tạo hemicellulose 11
2.2.1.3. Thành phần cấu tạo lignin . 14
2.2.1.4. Các chất trích ly . 17
2.2.1.5. Tro . 18
2.2.2. Sự thủy phân cellulose 19
2.2.2.1. Cấu trúc enzyme cellulase . 19
2.2.2.2. Cơ chế hoạt động 20
2.2.3. Sự phong phú của cây cỏ Việt Nam . 19
2.3. Tổng quan về quá trình tiền xử lý trên thế giới và trong nước 23
2.3.1. Một số nghiên cứu trên thế giới 23
2.3.2 Một số nghiên cứu ở Việt Nam 30
ii
2.3.3. Quá trình tiền xử lý thực hiện trong quá trình nghiên cứu . 31
Chương 3. Vật liệu và phương pháp. 32
3.1 Vật liệu 32
3.2. Trang thiết bị và dụng cụ . 33
3.3. Hóa chất và các vật tư tiêu hao 34
3.4. Địa điểm thực hiện . 35
3.5. Trình tự tiến hành . 35
3.5.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát hàm lượng Cellulose trong một số loại cỏ . 36
3.5.2. Thí nghiệm 2: Khảo sự tác động của vi sóng và một số hóa chất kết
hợp lên hàm lượng lignin và cellulose trong cỏ VA06 . 42
3.5.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát hàm lượng đường glucose tạo thành từ
nguyên liệu đã qua tiền xử lý thủy phân bằng enzyme cellulase . 46
3.5.4. Thí nghiệm 4: Phân lập các chủng nấm mốc có khả năng phân hủy
cellulose, tiến hành nuôi cấy canh trường thu cellulase và kiểm tra khả năng
thủy phân của enzyme trên cơ chất đã qua tiền xử lý . 47
3.5.5 Xử lý số liệu . 49
Chương 4:Kết quả và biện luận . 50
4.1. Hàm lượng các thành phần chính có trong chất khô một số loại cỏ. . 50
4.2. Ảnh hưởng của vi sóng và một số hóa chất lên hàm lượng lignin và
cellulose trong cỏ VA06. . 53
4.2.1. Ảnh hưởng của vi sóng lên khả năng loại bỏ lignin trong cấu trúc
lignocellulose 54
4.2.2 Ảnh hưởng của sự tác động kết hợp của vi sóng và NaCl lên khả năng
loại bỏ lignin trong cấu trúc lignocellulose 55
4.2.3. Ảnh hưởng của dung dịch NH4OHvới nhiệt độ khác nhaulên khả
năng loại bỏ lignin trong cấu trúc lignocellulose 58
4.2.4. Ảnh hưởng của dung dịch H2O2 lên khả năng loại bỏ lignin trong cấu
trúc lignocellulose . 60
iii
4.2.5. Ảnh hưởng của sự tác động kết hợp giữa NH4OH và H2O2 lên khả
năng loại bỏ lignin trong cấu trúc lignocellulose 61
4.2.6. Ảnh hưởng của sự tác động kết hợp giữa NaCl, vi sóng và NH3 lên
khả năng loại bỏ lignin trong cấu trúc lignocellulose . 63
4.2.7. Ảnh hưởng của sự tác động kết hợp giữa NaCl, vi sóng và H2O2 lên
khả năng loại bỏ lignin trong cấu trúc lignocellulose . 64
4.2.8. Quy trình tối ưu . 65
4.3. Hàm lượng đường glucose tạo thành từ nguyên liệu đã qua tiền xử lý
thủy phân bằng enzyme cellulase. 66
4.4. Tuyển chọn chủng nấm có hoạt tính cellulase cao và tiến hành canh
trường thu enzyme cellulase và kiểm tra khả năng thủy phân của enzyme
trên cơ chất đã qua tiền xử lý. . 68
Chương 5: Kết luận và kiến nghị 72
5.1. Kết luận: . 72
5.2. Kiến nghị: . 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 74
Phụ lục . 78