Đánh giá chất lượng một số loại sinh khối thải từ mía, sắn và ảnh hưởng của kỹ thuật tiền xử lý nhằm chuyển hóa thành cồn sinh học

Nghiên cứu này được tiến hành nhằm đánh giá chất lượng các nhóm nguyên liệu cũng như tìm ra giải pháp phù hợp chuyển hóa nguồn nguyên liệu này thành cồn sinh học. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá chất lượng một số loại sinh khối thải từ mía, sắn và ảnh hưởng của kỹ thuật tiền xử lý nhằm chuyển hóa thành cồn sinh họcTẠP CHÍ SINH HỌC 2014, 36(1se): 301-306ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MỘT SỐ LOẠI SINH KHỐI THẢI TỪ MÍA, SẮN VÀẢNH HƯỞNG CỦA KỸ THUẬT TIỂN XỬ LÝ NHẰM CHUYỂN HÓATHÀNH CỒN SINH HỌCNguyễn Văn Vinh1*, Bùi Minh Trí2, Hyeun Jong Bae31Trung tâm Khuyến nông tp. Hồ Chí Minh, *vinhnh_25@yahoo.com2Trường Đại học Nông Lâm tp. Hồ Chí Minh3Trường Đại học Quốc gia Chonnam, Hàn QuốcTÓM TẮT: Trong nghiên cứu này, bốn mẫu sinh khối thải từ mía, sắn đã được thu thập, phân tích, nhữngmẫu này được tiền xử lý bằng kỹ thuật popping, sau đó, được thủy phân bằng enzyme cellulase để lên mentạo cồn. Cấu trúc bề mặt của mẫu trước và sau quá trình tiền xử lý đã được chụp bằng kính hiển vi điện tử.Thí nghiệm được bố trí theo kiểu khối đầy đủ hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố, hai lần lặp lại. Kết quả đãxác định được trong số bốn mẫu nghiên cứu, mẫu có hàm lượng cơ bản phù hợp nhất cho việc tạo cồn sinhhọc là mía cứng, mía mềm và bã sắn, nguyên liệu ít có triển vọng để làm cồn sinh học là thân sắn. Hìnhảnh cấu trúc bề mặt của các nguồn sinh khối thải được chụp ở kích thước 500 µm, 100 µm, 50 µm và 10µm đã cho thấy, sự thay đổi cấu trúc bề mặt sau quá trình tiền xử lý bằng kỹ thuật popping. Kỹ thuật tiềnxử lý popping đã làm tăng hiệu quả của quá trình thủy phân bằng enzyme cellulase và hiệu quả nhất đốivới nguyên liệu mía cứng, mía mềm, bã sắn. Còn thân sắn tỏ ra chưa hiệu quả.Từ khóa: Cồn sinh học, nhiên liệu sinh học, phế thải nông nghiệp, tiền xử lý, thủy phân.MỞ ĐẦUCác dạng năng lượng sinh học đang đượcquan tâm gồm hai nhóm là dầu sinh học(biodiesel) và cồn sinh học (bioethanol). Cácnguyên liệu dùng để sản xuất ethanol bao gồmmía, ngô, sắn (nhiên liệu sinh học thế hệ thứnhất) đã được khẳng định về công nghệ và hiệuquả kinh tế ở qui mô công nghiệp. Tuy nhiên,ethanol được sản xuất từ các nguồn vật liệu sinhkhối thải như bã mía, bã sắn (nhiên liệu sinhhọc thế hệ thứ hai) vẫn đang dừng ở qui mônghiên cứu do còn tồn tại những vấn đề liênquan đến giải pháp công nghệ và hiệu quả kinhtế chưa được giải quyết triệt để. Việc nghiêncứu sản xuất ethanol từ sinh khối, cụ thể từnguồn phế phẩm nông nghiệp như bã mía, thânvà bã sắn là một xu hướng phù hợp đặc biệt vớiViệt Nam. Nghiên cứu này được tiến hànhnhằm đánh giá chất lượng các nhóm nguyênliệu cũng như tìm ra giải pháp phù hợp chuyểnhóa nguồn nguyên liệu này thành cồn sinh học.VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUVật liệu là các mẫu bao gồm đại diện nhómmía thân cứng (giống K88-65, được thu thập tạiBình Chánh, thành phố Hồ Chí Minh), mía thânmềm (giống mía tím địa phương được thu thậptại Ninh Sơn, Ninh Thuận), thân sắn (giống KM140 được thu thập tại tại Châu Đức, Bà RịaVũng Tàu) và bã sắn sau quá trình chế biến tinhbột sắn (được thu thập tại Long Khánh, ĐồngNai). Mẫu sau khi được làm khô kiệt, đã đượcxay nhỏ và được bảo quản trong túi nylon.Phân tích thành phần hóa học của mẫuThành phần hóa học cơ bản (holocellulose,Klason lignin, chất chiết và tro) của nguyên liệuthô và nguyên liệu tiền xử lý được xác định vớicác phương pháp chuẩn theo TAPPI (1992).Phân tích hàm lượng đường đơn trong nguyênliệu thô và nguyên liệu tiền xử lý được tiếnhành bằng sắc ký khí sử dụng hệ thống sắc kýCP-9100 (Chrompack, Hà Lan).Tiền xử lý bằng kỹ thuật poppingHệ thống để tiền xử lý bằng kỹ thuậtpopping bao gồm một bình phản ứng hình trụbằng sắt có thể tích 3 lít, có một nắp để đặt vàlấy nguyên liệu, một tay xoay để đóng mở, đượcgia nhiệt bằng một bếp gas và đo nhiệt độ, ápsuất bên trong lò phản ứng thông qua bộ xử lý.100g mẫu được bổ sung thêm 300 ml nước đểđạt độ ẩm 70-75% và giữ trong một giờ, sau đócho vào lò phản ứng để tiền xử lý bằng kỹ thuật301Nguyen Van Vinh, Bui Minh Tri, Hyeun Jong Baepopping. Bình phản ứng được gia tăng nhiệt độtừ 15 đến 20oC trong 1 phút đến khi nhiệt độ vàáp suất bên trong bình phản ứng đạt tương ứng220oC và 15 kg fcm-1. Sau quá trình tiền xử lýbằng kỹ thuật popping, mẫu được nghiền để đạtkích thước từ 251-422 µm bằng máy nghiềnWilly gắn các lưỡi thép không gỉ.Thủy phân bằng enzyme cellulaseEnzyme được sử dụng cho nghiên cứu nàylà cellulase (Sigma-Aldrich, St Louis, MO, HoaKỳ) từ nấm Trichoderma reesei. Hoạt tínhenzyme được đo thông qua giấy lọc Whatman(1% trọng lượng/thể tích), CMC-Na (1% trọnglượng/thể tích), Avicel (1% trọng lượng/thểtích) và xylan gỗ bạch dương (1% trọnglượng/thể tích). Thủy phân bằng enzyme đãđược thực hiện ở 1% trọng lượng khô (trọnglượng/thể tích) chất nền ban đầu chứa trong mộtống hình nón (50 ml). Enzyme thủy phân đượcthực hiện tại 45°C với enzyme cellulase có hoạtlực 0,58 FPU/10 ul (FPU: filter paper unit)trong vòng 48 giờ. Việc định lượng đường khửglucose được đo bằng phương pháp aciddinitrosalicylic (DNS).Mô tả cấu trúc bề mặt của mẫuKính hiển vi điện tử quét (SEM) và máy vilực nguyên tử sao chép (AFM) ...