Nghiên cứu điều chế etanol từ vỏ quả cà phê - robusta ở tỉnh Lâm Đồng Việt Nam bằng phương pháp sinh học

Bài viết đưa ra kết quả của việc sử dụng enzym xenlulaza để lên men thủy phân vỏ quả cà phê tạo thành glucozơ với hàm lượng 2,5mL/250g vỏ khô trong môi trường pH = 4, thời gian 4 giờ ở 40o C. Sau khi thủy phân, lên men sản phẩm bằng nấm men Saccharomyces cerevisiae với hàm lượng 3,5% trong thời gian 15 ngày để chuyển hóa glucozơ thành etanol, chưng cất etanol thu được với hiệu quả 3,84%.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu điều chế etanol từ vỏ quả cà phê - robusta ở tỉnh Lâm Đồng Việt Nam bằng phương pháp sinh họcNghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ ETANOL TỪ VỎ QUẢ CÀ PHÊ - ROBUSTA Ở TỈNH LÂM ĐỒNG VIỆT NAM BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Nguyễn Hoàng Nam1*, Công Tiến Dũng2, Hoàng Thị Chung3, Nguyễn Viết Hùng2, Nguyễn Mạnh Hà2 Tóm tắt: Bài báo đưa ra kết quả của việc sử dụng enzym xenlulaza để lên men thủy phân vỏ quả cà phê tạo thành glucozơ với hàm lượng 2,5mL/250g vỏ khô trong môi trường pH = 4, thời gian 4 giờ ở 40oC. Sau khi thủy phân, lên men sản phẩm bằng nấm men Saccharomyces cerevisiae với hàm lượng 3,5% trong thời gian 15 ngày để chuyển hóa glucozơ thành etanol, chưng cất etanol thu được với hiệu quả 3,84%. Kết quả nghiên cứu thu được cho thấy tiềm năng lớn của việc sản xuất etanol từ vỏ quả cà phê bằng công nghệ sinh học.Từ khóa: Vỏ quả cà phê; Enzym xenlulaza; Etanol; Saccharomyces cerevisiae. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá… đóng vai trò quan trọngtrong đời sống. Tuy nhiên, theo tính toán, đến năm 2060 – 2070 nguồn năng lượng này sẽtrở nên cạn kiệt. Hơn nữa, việc khai thác, sử dụng chúng phục vụ cho hoạt động sản xuất,đời sống của con người đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Con người đang tìmkiếm các nguồn năng lượng sạch để thay thế chúng như năng lượng mặt trời, năng lượngsức gió, năng lượng thủy triều, năng lượng sinh học như etanol, metanol [1]… Etanol có khả năng thay thế xăng dầu được sản xuất từ dầu mỏ hoặc có thể được phachộn với xăng để tạo thành xăng sinh học [1]. Thông thường, etanol được sản xuất bằngcách lên men tinh bột từ ngô khoai sắn hay gạo hoặc từ đường saccaro [2]. Etanol còn cóthể được sản xuất từ xenlulozơ và một số các hợp chất hữu cơ khác [1, 3, 4]. Việt Nam hiện nay là nước có sản lượng cà phê khoảng 1,7 triệu tấn/năm, trong đólượng cà phê xuất khẩu khoảng 900.000 đến 1.200.000 tấn/năm, lớn nhất thế giới. Kimngạch xuất khẩu đạt khoảng trên 2 tỉ USD/năm, dự báo sản lượng cà phê của Việt Namngày một gia tăng. Đi kèm với sự gia tăng sản lượng cà phê hàng năm là lượng lớn chấtthải hữu cơ từ vỏ quả cà phê. Lượng chất thải này chiếm khoảng 40-45% trọng lượng hạtcà phê, nó tương đương với 800.000 tấn/năm [5, 6]. Nếu không được xử lý thì nó là nguồngây ô nhiễm chất thải hữu cơ nghiêm trọng đối với môi trường, làm thay đổi tính chất củađất, ô nhiễm môi trường không khí cũng như môi trường nước, đặc biệt là nước ngầm. Trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay đã có rất nhiều công trình xử lý vỏ cà phê như:xử lý làm thức ăn gia xúc, gia cầm, trồng nấm ăn, lên men làm phân bón, chiết xuất hươngliệu, đốt cháy làm nhiên liệu [7]... Vỏ cà phê chứa chủ yếu là các hợp chất hữu cơ trong đó xenlulozơ chiếm khoảng 62%.Trong đó, hàm lượng đường như saccarit hay polysaccarit chiếm tỉ lệ khá cao. Ngoài ra nócòn chứa các hợp chất hữu có khác như: antoxian, alkaloid, tannin, cafein, các loại peptit,pectin, ... Bởi vậy, có thể tận dụng nguồn chất hữu cơ này có trong vỏ cà phê để sản xuấtetanol thông qua quá trình lên men [6, 8]: (C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6với xúc tác enzyme amilaza: a- b- (C6H10O5)n ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ (C6H10O5)x + xH2O ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ C12H22O11 C12H22O11 + H2O ⎯⎯⎯⎯⎯ C6H12O6 + C6H12O6Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 61 Hóa học & Môi trường Sacaroza D-glucoza D-fuctoza Lactoza D-glucoza D-glactoza C6H12O6 ⎯⎯⎯⎯⎯ 2 C2H5OH + 2CO2 Qua đó, một mặt có thể điều chế được etanol từ vỏ quả cà phê bằng phương pháp sinhhọc nhằm sử dụng cho mục đích của cuộc sống, mặt khác, tận dụng được phế phẩm từ quátrình sản xuất cà phê. 2. THỰC NGHIỆM2.1. Hóa chất CuSO4.5H2O, NaOH, Fe2(SO4)3, KMnO4, C6H12O6, C4H4O6KNa.4H2O, H2SO4 thuộcloại tinh khiết Pa do hãng Merck của Đức sản xuất. Enzym xenlulaza có nguồn gốc từ Novo Nordick (Đan Mạch) với mật độ vi sinh hữuích đạt ≥109 CFU/gam chế phẩm. Trong đó, vi khuẩn thuộc chi Bacillus ≥ 109 CFU/g, xạkhuẩn Stretomyces ≥ 108 CFU/g. Giống nấm men được sử dụng là Saccharomycescerevisiae chủng Turbo yeast extra của hãng Wholasale (Anh). Nguyên liệu vỏ quả cà phê khô được lấy từ giống cà phê Robusta ở Lâm Đồng Việt Nam.2.2. Các phương pháp phân tích Glucozơ được phân tích theo tiêu chuẩn ASTM E1758-01. Etanol được phân tích theo tiêu chuẩn ASTM D5501-09.2.3. Nghiên cứu thuỷ phân vỏ quả cà phê trong môi trường nước Lượng xác định vỏ quả cà phê (2 ...