Tiến Sĩ Nghiên cứu tiền xử lý rơm rạ để nâng cao hiệu suất thủy phân bằng enzyme cho sản xuất etanol sinh họ

i

MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ
Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ETANOL SINH HỌC 4
1.1.Tổng quan về nhiên liệu sinh học 4
1.1.1. Khái niệm và phân loại . 4
1.1.2. Công nghệ sản xuất etanol sinh học 4
1.1.3. Tình hình sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học trong và ngoài nước 5
1.2. Sản xuất nhiên liệu sinh học từ sinh khối lignocellulose . 7
1.2.1. Khái niệm sinh khối 7
1.2.2. Công nghệ tiền xử lý sinh khối lignocellulose cho sản xuất nhiên liệu 8
1.2.3. Thủy phân sinh khối bằng enzyme cho sản xuất etanol sinh học . 18
1.2.4. Lên men etanol từ dịch thủy phân sinh khối bằng enzyme . 24
1.3. Sản xuất etanol sinh học từ rơm rạ . 30
1.3.1. Tiềm năng rơm rạ ở Việt Nam 30
1.3.2. Một số đặc điểm thực vật của rơm rạ 30
1.3.3. Công nghệ TXL rơm rạ hiệu quả cho sản xuất etanol sinh học . 32
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 38
2.1. Vật liệu . 38
2.1.1. Rơm rạ và phương pháp lấy mẫu 38
2.1.2. Hóa chất 38
2.1.3. Enzyme . 38
2.1.4. Chủng vi sinh vật lên men etanol 39
2.2. Phương pháp xác định thành phần sinh khối, cấu tạo giải phẫu và một số tính
chất lý học của rơm rạ 40
2.2.1. Phương pháp xác định thành phần sinh khối của rơm rạ 40
2.2.2. Phương pháp xác định cấu tạo giải phẫu của rơm rạ 40
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu tính chất xơ sợi của rơm rạ 41
2.2.4. Phương pháp xác định khối lượng thể tích của rơm rạ . 41 ii

2.2.5. Phương pháp xác định thành phần nguyên tố . 41
2.2.6. Xác định chỉ số kết tinh của cellulose rơm rạ . 42
2.3. Phương pháp xác định thành phần hóa học của rơm rạ 42
2.4. Phương pháp tiền xử lý rơm rạ . 42
2.4.1. Phương pháp TXL rơm rạ bằng axit axetic 44
2.4.2. Phương pháp tiền xử lý rơm rạ bằng kiềm . 44
2.4.3. Phương pháp thu bột xút tẩy trắng từ bột xút rơm rạ 45
2.5. Phương pháp thủy phân rơm rạ 46
2.6. Phân tích thành phần và nồng độ đường 46
2.6.1. Phân tích nồng độ đường bằng phương pháp DNS 46
2.6.2. Phân tích thành phần dung dịch đường bằng phương pháp HPLC . 48
2.7. Phương pháp xác định hoạt độ enzyme xylanase và cellulase . 48
2.7.1. Xác định hoạt độ endoglucanase 48
2.7.2. Xác định hoạt độ exoglucanase 48
2.7.3. Hoạt độ enzyme β-glucosidase . 49
2.7.4. Xác định hoạt lực xylanase . 49
2.8. Phương pháp lên men etanol 49
2.8.1. Lên men etanol dịch đường thủy phân 49
2.8.2. Xác định hàm lượng etanol bằng phương pháp hóa học 50
2.9. Phương pháp xử lý số liệu và quy hoạch thực nghiệm BoxưBehnken sử dụng
phần mềm DesignưExpert 7.0.0 . 52
2.9.1. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm và quy hoạch thực nghiệm 52
2.9.2. Tối ưu hóa các quá trình chế biến rơm rạ . 52
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53
3.1. Đặc điểm cấu tạo, tính chất lý học và thành phần hóa học cơ bản của rơm rạ một
số giống lúa phổ biến ở Việt Nam . 53
3.1.1. Đặc điểm thành phần sinh khối của thân cây lúa 53
3.1.2. Cấu tạo hiển vi của thân cây lúa . 54
3.1.3. Một số tính chất lý học của rơm rạ . 57 iii

3.1.4. Thành phần nguyên tố của rơm rạ 60
3.1.5. Thành phần hóa học của rơm rạ 61
3.2. Tiền xử lý rơm rạ cho quá trình đường hóa bằng enzyme 62
3.2.1. Tiền xử lý rơm rạ bằng axit axetic 62
3.2.2. Tiền xử lý rơm rạ bằng kiềm ở áp suất khí quyển 73
3.2.3. Tiền xử lý rơm rạ bằng kiềm theo phương pháp nấu kín 81
3.3. Tối ưu hóa quá trình thủy phân rơm rạ đã qua tiền xử lý và lên men dịch đường
thành etanol 105
3.3.1. Tối ưu hóa quá trình thủy phân cellulose rơm rạ từ bột xút tẩy trắng 105
3.3.2. Tối ưu hóa quá trình thủy phân bột xút 109
3.3.3.Tối ưu hóa quá trình thủy phân bột sunfat . 113
3.3.4. Tối ưu hóa thủy phân rơm rạ sau tiền xử lý bằng axit axetic . 116
3.3.5. Lên men dịch đường thu etanol 120
KẾT LUẬN . 122
KIẾN NGHỊ NGHIÊN CỨU TIẾP THEO . 124
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 125
DANH MỤC CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
PHỤ LỤC