Tối ưu hóa quá trình thủy phân bùn thải giấy bằng enzyme sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng – thiết kế cấu trúc có tâm

Quá trình thủy phân bùn thải giấy bằng enzyme được tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) – thiết kế cấu trúc có tâm (CCD). Phương trình thực nghiệm mô tả quá trình tương tác giữa yếu tố và đồ thị bề mặt đáp ứng cho thấy sản lượng glucose cực đại 27,918g/L, hiệu suất chuyển hóa cellulose 80,4%.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tối ưu hóa quá trình thủy phân bùn thải giấy bằng enzyme sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng – thiết kế cấu trúc có tâmTỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN BÙN THẢI GIẤY BẰNG ENZYME SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BỀ MẶT ĐÁP ỨNG –THIẾT KẾ CẤU TRÚC CÓ TÂM Phạm Thị Thanh Hòa1 Nguyễn Văn Phước2 TÓM TẮT Quá trình thủy phân bùn thải giấy bằng enzyme được tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) – thiết kế cấu trúc có tâm (CCD). Phương trình thực nghiệm mô tả quá trình tương tác giữa4 yếu tố và đồ thị bề mặt đáp ứng cho thấy sản lượng glucose cực đại 27,918g/L, hiệu suất chuyển hóa cellulose 80,4%.Bathí nghiệm được thực hiện với điều kiện thủy phân tối ưucủa mô hình, kết quả thu được sản lượng glucose là 27,724 ± 0,320 (g/L), tương đương với kết quả của mô hình. Từ khóa: Tối ưu hóa, thủy phân, bùn thải giấy, cellulase, phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) – thiết kế cấu trúc có tâm (CCD). 1. Giới thiệu Cùng với sự phát triển của ngành nông nghiệp và độ cao hơn(85%), động cơ cần phải được thay đổi chocông nghiệp ở Việt Nam, lượng rác thải từ hai ngành phù hợp [5]. Ở Việt Nam, E5 cũng đã được bán rộngnày ngày càng lớn gây áp lực cho việc xử lý chúng và tác rãi trên cả nước.động tiêu cực tới môi trường. Rác thải như rơm rạ, trấu, Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu ứng dụng sửxơ dừa, bùn thải giấy,… có thành phần lignocellulose dụng phế phẩm nông nghiệp như rơm, rạ, trấu để sảncao là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất nhiên xuất bio-ethanol. Việc thu hồi bio-ethanol từ bùn thảiliệu sinh học bio-ethanol. giấy còn là lĩnh vực mới và gặp nhiều trở ngại do bùn Bio-ethanol hay còn gọi là cồn sinh học có công thải giấy có nhiều thành phần tạp chất gây ức chế hoạtthức hóa học là C2H5OH, được bổ sung vào xăng để động của vi sinh vật.giảm lượng nhiên liệu hóa thạch phải khai thác. Việc Bên cạnh những lý do trên, nghiên cứu sản xuấtsử dụng nhiên liệu hóa thạch đồng nghĩa với nguồn tài bio-ethanol từ chất thải còn gặp nhiều khó khăn donguyên bị cạn kiệt và thúc đẩy tiến trình thay đổi thời hiệu suất thu hồi bio-ethanol chưa cao. Nguyên nhântiết [1]. Vì vậy, bio-ethanol là sự lựa chọn cho các nước chính của vấn đề này do quá trình thủy phân chuyểnhiện nay nhằm tái tạo nguồn chất thải thành năng hóa sinh khối cellulose thành glucose còn nhiều hạnlượng bền vững [2]. chế. Hiện nay, có rất nhiều phương pháp thủy phân Hiện nay trên thế giới rất nhiều nước đang sử dụng cellulose như sử dụng axit [ 6], kiềm, vi sóng và sửbio-ethanol. Brazil sử dụng bio-ethanol nguyên chất dụng enzyme [7]. Trong những phương pháp này, thủyvà bio-ethanol pha với xăng theo tỷ lệ 14%:76% (v/v) phân bằng enzyme là phương pháp cho hiệu sản lượng[3]. USA sử dụng E10 và E15, pha tỉ lệ 10% (v/v) và đường glucose là cao nhất [7,8].15% (v/v) vào xăng tiêu thụ trên toàn nước Mỹ [4]. Vì vậy, mục đích bài báo này đưa ra phương trìnhBên cạnh đó, EU đã sử dụng bio-ethanol pha vào xăng thực nghiệm dựa vào phương pháp đáp ứng bề mặt đểvới tỷ lệ 5% (v/v) theo tiêu chuẩn chất lượng EN/228 mô tả sự tương tác giữa các yếu tố,từ đó cho phép tốimà không cần phải chỉnh sửa bất cứ bộ phần nào của ưu hóa quá trình thủy phân bằng enzyme dựa trên sảnđộng cơ. Tuy nhiên, để sử dụng bio-ethanol với nồng lượng và hiệu suất thủy phân.1 Nghiên cứu sinh Viện Tài nguyên và Môi trường, giảng viên Đại học Công nghiệp Thực phẩm2 GS.TS, Viện trưởng Viện Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc gia TP.HCM98 Chuyên đề I, tháng 4 năm 2017 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ 2. Vật liệu, phương pháp và bố trí thí nghiệm Sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) -thiết Vật liệu kế cấu trúc có tâm (CCD) bố trí thí nghiệm dựa trên các yếu tố ảnh hưởng tập trung chọn được. Các yếu tố Bùn thải giấy được lấy mẫu từ bể tuyển nổi của quytrình xử lý nước thải của công ty New Toyo Pulppy chính được nghiên cứu ở 5 mức (-α, -1, 0, +1, +α). Thực(NTY) với quy trình sản xuất giấy từ bột giấy và giấy hiện thí nghiệm, tiến hành phân tích RSM-CCD, chọntái chế. Mẫu bùn thải giấy này sau đó được tiền xử lý điều kiện thủy phân tối ưu.bằng axit sulfuric để giảm nồng độ kim loại và thành Hiệu suất thủy phân cellulose được tính theo công thức:phần lignin cho sự thủy phân bằng enzyme. Sau tiền xử (glucosesinh ra – glucosecellobiose+oligo)x 100lý, thành phần lignocellulose còn lại là 42 % cellulose, Hiệu suất (%) = 1,111 x glucancellulose3,8% hemicellulose,5,1% lignin, còn lại là tro và cácthành phần khác [9]. glucosesinhra: Tổng lượng đường glucose thu được sau quá trình thủy phân (g) Enzyme glucosecellobiose+oligo: Lượng glucose sinh ra do cellobiose Enzyme cellulaselà Celluclast® 1.5Ltừ Trichoderma và oligosaccharides trong mẫu sau tiền xử lý (g)reesei, và enzyme β-glucosidase từ Aspergillus niger,tên thương mại Novozyme 188, cả hai sản phẩm của glucancellulose: Glucan theo cellul ...