Nghiên cứu thủy phân Cacbonhydrat từ rong nâu (Sargassum polycystum) bằng phương pháp hóa học kết hợp với enzyme và ứng dụng dịch thủy phân trong sản xuất Ethanol sinh học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM =====***===== NGUYỄN THỊ HỒNG HÂN NGHIÊN CỨU THỦY PHÂN CACBONHYDRAT TRONG RONG NÂU SARGASSUM POLYCYSTUM BẰNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

=====***=====

NGUYỄN THỊ HỒNG HÂN

NGHIÊN CỨU THỦY PHÂN CACBONHYDRAT

TRONG RONG NÂU (SARGASSUM POLYCYSTUM)

BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC KẾT HỢP VỚI ENZYME VÀ ỨNG DỤNG DỊCH THỦY PHÂN TRONG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Nha trang, tháng 06 năm 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

=====***=====

NGUYỄN THỊ HỒNG HÂN

NGHIÊN CỨU THỦY PHÂN CACBONHYDRAT

TRONG RONG NÂU (SARGASSUM POLYCYSTUM)

BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC KẾT HỢP VỚI ENZYME VÀ ỨNG DỤNG DỊCH THỦY PHÂN TRONG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD: ThS LÊ THỊ TƯỞNG

Nha trang, tháng 06 năm 2013

LỜI CẢM ƠN

Khoá luận tốt nghiệp là bước cuối cùng đánh dấu sự trưởng thành của một sinh viên ở giảng đường Đại học để đóng góp những gì mình đã học được cho sự phát triển đất nước Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quí báu để tôi bước vào đời một cách vững chắc và tự tin

Trước hết tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm, Lãnh đạo Phòng Đào tạo Đại học niềm kính trọng, sự tự hào được học tập tại trường trong những năm qua

Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho Cô: ThS Lê Thị Tưởng đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này

Xin chân thành cám ơn: Các cán bộ của phòng Hóa, phòng Công nghệ Thực phẩm, phòng Công nghệ Chế biến, phòng Bệnh học Thủy Sản đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Đặc biệt xin được ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ của: các thầy cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, trong khoa Công nghệ Thực phẩm đã giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian tôi học tập tại Trường trong thời gian qua

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã tạo điều kiện, động viên khích lệ để tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập vừa qua

Nha Trang, tháng 7/2013

SV thực hiện

Nguyễn Thị Hồng Hân

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH viii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 3

1.1 Tìm hiểu chung về rong biển 3

1.1.1 Giới thiệu chung về rong biển 3

1.1.2 Hình thái - phân loại rong biển 3

1.1.3 Tình hình sử dụng rong biển 5

1.1.4 Phân bố của 3 ngành rong biển trên thế giới 6

1.1.5 Sản lượng rong biển trên thế giới 8

1.2 Tìm hiểu về rong Nâu 10

1.2.1 Nguồn gốc, đặc điểm 10

1.2.2 Điều kiện sinh trưởng và phát triển 10

1.2.3 Thành phần hóa học của rong Nâu 11

1.2.3.1 Sắc tố 11

1.2.3.2 Carbohydrate 11

1.2.3.3 Protein 12

1.2.3.4 Chất khoáng 12

1.2.4 Tình hình chế biến và nghiên cứu ứng dụng các sản phẩm từ rong Nâu………12

1.3 Tìm hiểu về enzyme viscozyme 13

1.3.1 Giới thiệu chung về enzyme Viscozyme 13

1.3.2 Hoạt động 14

1.3.3 Bảo quản 14

1.3.4 Ứng dụng của enzyme viscozyme 14

1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân 14

1.4 Tìm hiểu về ethanol sinh học và tiềm năng của nó 17

1.4.1 Giới thiệu chung về ethanol sinh học 17

1.4.2 Tiềm năng sản xuất ethanol sinh học 17

1.4.3 Các nguyên liệu thường dùng để sản xuất ethanol hiện nay 19

1.5 Tìm hiểu về nấm men lên men ethanol 21

1.6 Các nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực đề tài 23

1.6.1 Các nghiên cứu ngoài nước 23

1.6.2 Các nghiên cứu trong nước 29

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.1 Đối tượng nghiên cứu 32

2.1.1 Nguyên liệu rong Nâu 32

2.1.2 Nấm men 33

2.1.3 Enzyme viscozyme 33

2.1.4 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 34

2.1.4.1 Hóa chất 34

2.1.4.2 Dụng cụ 36

2.1.4.3 Máy móc và thiết bị 37

2.2 Nội dung nghiên cứu 38

2.3 Phương pháp nghiên cứu và xử lí số liệu 38

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu 38

2.3.1.1 Phương pháp phân tích 38

2.3.1.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 39

2.3.2 Phương pháp xử lí số liệu 39

2.4 Xây dựng quy trình nghiên cứu dự kiến 40

2.4.1 Quy trình dự kiến thủy phân cacbonhydrat trong Nâu Sargassum polycystum 40 2.4.1.1 Quy trình dự kiến 40

2.4.1.2 Thuyết minh quy trình 40

2.4.2 Quy trình dự kiến lên men dịch đường tạo ethanol sinh học 42

2.4.2.1 Quy trình dự kiến 42

2.4.2.2.Thuyết minh quy trình 43

2.5 Bố trí thí nghiệm 44

2.5.1 Thí nghiệm 1: Xác định nồng độ enzyme thủy phân thích hợp 44

2.5.1.1 Mục đích 44

2.5.1.2 Cách tiến hành 44

2.5.1.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 45

2.5.2 Thí nghiệm 2: Xác định pH môi trường thủy phân thích hợp 46

2.5.2.1 Mục đích 46

2.5.2.2 Cách tiến hành 46

2.5.2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 47

2.5.3 Thí nghiệm 3: Xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp 48

2.5.3.1 Mục đích 48

2.5.3.2 Cách tiến hành 48

2.5.3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 49

2.5.4 Thí nghiệm 4: Xác định thời gian thủy phân thích hợp 50

2.5.4.1 Mục đích 50

2.5.4.2 Cách tiến hành 50

2.5.4.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 51

2.5.5 Thí nghiệm 5: Thủy phân cacbonhydrat trong rong Nâu bằng cách

kết hợp thủy phân rong Nâu bằng acid và enzyme viscozyme 52

2.5.5.1 Mục đích 52

2.5.5.2 Cách tiến hành 52

2.5.5.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 53

2.5.6 Thí nghiệm 6: Xác định tỷ lệ nấm men sử dụng 54

2.5.6.1 Mục đích 54

2.5.6.2 Cách tiến hành 54

2.5.6.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 55

2.5.7 Thí nghiệm 7: Xác định pH môi trường lên men thích hợp 56

2.5.7.1 Mục đích 56

2.5.7.2 Cách tiến hành 56

2.5.7.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 57

2.5.8 Thí nghiệm 8: Xác định thời gian lên men thích hợp 58

2.5.8.1 Mục đích 58

2.5.8.2 Cách tiến hành 58

2.5.8.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 59

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 60

3.1 Kết quả xác định hàm lượng cacbonhydrat trong một số loại rong Nâu khác nhau tại vùng biển Nha Trang 60

3.2 Kết quả các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân 61

3.2.1 Kết quả xác định nồng độ enzyme thủy phân thích hợp 61

3.2.2 Kết quả xác định pH môi trường thủy phân thích hợp 63

3.2.3 Kết quả xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp 64

3.2.4 Kết quả xác định thời gian thủy phân thích hợp 66

3.2.5 Kết quả xác định nồng độ viscozyme thủy phân cacbonhydrat trong

rong Nâu khi kết hợp thủy phân acid và enzyme 68

3.3 Kết quả các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men tạo ethanol sinh học 71

3.3.1 Kết quả khảo sát tỷ lệ nấm men bổ sung vào dịch lên men 71

3.3.2 Kết quả khảo sát pH môi trường dịch lên men thích hợp 74

3.3.3 Kết quả khảo sát thời gian lên men tạo ethanol 75

3.4 Đề xuất quy trình sản xuất ethanol sinh học từ rong Nâu 78

3.4.1 Quy trình sản xuất ethanol sinh học từ rong Nâu 78

3.4.2 Thuyết minh quy trình 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

1 Kết quả 82

2 Kiến nghị 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các dạng cacbonhydat trong 3 ngành rong biển 5

Bảng 1.2.Sản lượng ethanol theo lí thuyết 19

Bảng 2.1 Các dụng cụ được sử dụng trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp 34

Bảng 2.2 Một số hóa chất sử dụng trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp 36

Bảng 2.3 Máy móc và thiết bị sử dụng trong đề tài 37

Bảng 3.1 Sự thay đổi hàm lượng đường khử trước và sau lên men khi bổ sung nấm men ở các nồng độ khác nhau 71

Bảng 3.2 Sự thay đổi hàm lượng đường khử trước và sau lên men ở các pH môi trường khác nhau 74

Bảng 3.3 Sự thay đổi hàm lượng đường khử trước và sau lên men ở các thời gian lên men khác nhau 76

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Bốn loài rong nâu sử dụng để nghiên cứu 32

Hình 2.2 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 33

Hình 2.3 Sản phẩm Enzyme viscoenzyme 34

Hình 2.4 Sơ đồ quy trình dự kiến quá trình thủy phân cacbonhydrat trong rong Nâu 40

Hình 2.5 Quy trình dự kiến sản xuất ethanol 42

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ enzyme viscozyme thủy phân cacbonhydrat trong rong Nâu thích hợp 45

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định pH môi trường thủy phân thích hợp 47

Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp 49

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp 51

Hình 2.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm kết hợp thủy phân rong Nâu bằng acid và enzyme viscozyme 53

Hình 2.11 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nấm men bổ sung thích hợp 55

Hình 2.12 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định pH môi trường lên men etanol thích hợp 57

Hình 2.13 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian lên men etanol thích hợp…… 59

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn hàm lượng cacbonhydrat (%) trong 4 loài rong Nâu tại vùng biển Nha Trang 60

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến hàm lượng đường khử tạo thành 61

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH môi trường đến hàm lượng đường khử tạo thành 63

Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến sự tạo thành đường khử 65

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến sự tạo thành đường khử 67Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng nồng độ enzyme viscozyme kết hợp aicd đến sự tạo thành đường khử 69Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ nấm men đến hiệu quả lên men ethanol 72 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH môi trường đến hiệu quả lên men ethanol 74Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của thời gian lên men đến hiệu quả lên men dịch rong Nâu 76Hình 3.10 Quy trình sản xuất ethanol sinh học từ rong Nâu 78Hình 3.11 Sản phẩm ethanol sinh học được bảo quản trong lọ thủy tinh 82

Tại Việt Nam, Quyết định số 177/2007/QĐ-TTg ngày 20 tháng 11 năm

2007 của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 do Bộ Công thương chủ trì với mục đích thay thế một phần nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường [26]

Tuy nhiên, theo số liệu của FAO, hiện nay những cây lương thực chính của thế giới ước tính khoảng 3.6 tỷ tấn, trong đó khoảng 10% dùng vào sản xuất chất đốt sinh học Mặt khác, theo tính toán của các chuyên gia năng lượng, sản xuất chất đốt sinh học từ lương thực mới chỉ đáp ứng được khoảng 1% nhu cầu năng lượng thế giới hiện nay Vì vậy, việc sử dụng các cây lương thực để sản xuất chất đốt sinh học không phải chiến lược tương lai của Việt Nam và thế giới vì nó góp phần làm thiếu lương thực toàn cầu Do vậy, sản xuất chất đốt sinh học từ các nguồn nguyên liệu khác phải được nghiên cứu

và phát triển

Rong biển là loại sinh vật tự dưỡng nhờ quá trình quang hợp, chúng phát triển mạnh, tăng sinh khối nhanh Theo các tài liệu đã công bố, sản lượng rong biển thế giới hiện nay khoảng 15 triệu tấn/năm và dự tính khoảng 22

triệu tấn vào năm 2020 với giá thành rẽ Tuy nhiên, con người chỉ mới quan tâm khai thác rong biển phục vụ vào mục đích thực phẩm, y dược mà chưa quan tâm khai thác triệt để nguồn cacbonhydat từ rong biển để sản xuất chất đốt sinh học Lượng rong biển chưa khai thác sử dụng hết đã bị phân hủy gây lãng phí tài nguyên và gây ô nhiễm môi trường [3] Để giải quyết vấn đề năng

lượng, lương thực và tình trạng ô nhiễm môi trường, đề tài “Nghiên cứu thủy

phân carbonhydrat từ rong Nâu (Sargassum polycystum) bằng phương

pháp hóa học kết hợp với enzyme và ứng dụng dịch thủy phân trong sản xuất ethanol sinh học.” là phù hợp và cấp thiết

Nội dung của đồ án:

1 Xác định hàm lượng cacbonhydrat trong rong nâu Sargassum polycystum

2 Xác lập các điều kiện thủy phân tối ưu bằng acid sunfuric kết hợp với viscozyme

3 Xác lập các điều kiện lên men ethanol tối ưu từ dịch thủy phân

4 Chưng cất thu nhận ethanol từ dịch lên men

Do thời gian nghiên cứu có hạn nên đồ án này sẽ còn có những hạn chế,

em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của Qúy thầy cô và bạn bè đồng nghiệp Em xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tìm hiểu chung về rong biển

1.1.1 Giới thiệu chung về rong biển

Rong biển tên khoa học là marine-alage, marine plant hay seaweed Rong biển là thực vật thủy sinh có đời sống gắn liền với nước Chúng có thể đơn bào,

đa bào sống thành quần thể, có kích thước hiển vi hoặc có thể dài hàng chục mét Hình dạng có thể là hình cầu, hình sợi, hình phiến lá hay hình thù rất đặc biệt

Rong biển thường phân bố ở các vùng nước mặn, nước lợ, cửa sông, vùng triều sâu, vùng biển cạn….Chúng hấp thụ một lượng thức ăn phong phúc hay trôi dạt từ lục địa ra Đời sống của rong biển phụ thuộc vào các yếu tố: địa bàn sinh trưởng, nhiệt độ, ánh sáng, độ muối, độ pH, muối dinh dưỡng, khí hòa tan, mức triều, sóng, gió, hải lưu

Giá trị dinh dưỡng của rong biển là cung cấp đầy đủ các chất khoáng đặc biệt là các nguyên tố vi lượng, các axit amin cần thiết cho cơ thể, các loại vitamin (đặc biệt là thuộc nhóm A,B,C, E,…), các Carbohydrate đặc trưng (mono-, olygo- và polysacaride) và các chất hoạt tính sinh học (lectin, sterol, antibiotics,…) có lợi cho sức khỏe và có khả năng phòng bệnh tật (huyết áp, nhuận tràng, béo phì, đông tụ máu, xơ vữa động mạch,…) Vì vậy ngày nay rong biển được xếp vào loại thực phẩm chức năng (functional food) và ngày càng được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới Các sản phẩm hữu cơ từ rong biển ngày nay được sử dụng hết sức rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, công nghệ dệt, nông nghiệp, công nghệ sinh học, nghiên cứu khoa học,

1.1.2 Hình thái - phân loại rong biển

Tùy thuộc vào thành phần cấu tạo, thành phần sắc tố, đặc điểm hình thái, đặc điểm sinh sản mà rong biển được chia thành 9 ngành:

1 Ngành rong Lục (Chlorophyta)

2 Ngành rong Trần (Englenophyta)

3 Ngành rong Giáp (Pyrophyta)

4 Ngành rong Khuê (Bacillaareonphyta)

5 Ngành rong Kim (Chryrophyta)

6 Ngành rong Vàng (Xantophyta)

7 Ngành rong Nâu (Phaeophyta)

8 Ngành rong Đỏ (Rhodophyta)

9 Ngành rong Lam (Cyanophyta)

Trong đó, ba ngành có giá trị kinh tế cao là rong Lục, rong Nâu, rong Đỏ

- Ngành rong Lục: có trên dưới 360 chi và hơn 5.700 loài, thành phần

sống trong nước ngọt, nét đặc trưng của loài rong này là có màu lục, sản phẩm quang hợp là tinh bột Rong có dạng tế bào đơn giản hoặc phức tạp, nhiều tế bào hình phiến hay dạng sợi, chia nhánh hoặc không chia nhánh Trừ một số trường hợp rong chỉ là tế bào trần không có vỏ còn lại đại đa số có vỏ riêng như chất pectin hay Cellulose

- Ngành rong Nâu: Có trên 190 chi, hơn 900 loài, phần lớn sống ở

biển, số chi, loài tìm thấy trong nước ngọt không nhiều lắm Rong có cấu tạo nhiều tế bào dạng màng giả, dạng phiến, dạng sợi đơn giản, một hàng tế bào chia nhánh, dạng ống hoặc phân nhánh phức tạp hơn thành dạng cây có gốc,

rễ, lá, thân Rong sinh trưởng ở đỉnh, ở giữa, ở gốc các rong Ngoài ra, do các

tế bào rong dạng phiến chia cắt sinh trưởng khuếch tán gọi là sinh trưởng bề mặt

- Ngành rong Đỏ: có 2.500 loài, gồm 400 chi, thuộc nhiều họ, phần lớn

sống ở biển, có cấu tạo từ nhiều tế bào, trừ một số dạng từ một tế bào hay quần thể Rong có dạng hình trụ dẹp dài, phiến chia hoặc không chia nhánh Sinh trưởng chủ yếu ở đỉnh, ở giữa đốt hay phân tán Đặc trưng của loài này làchứa nhiều sắc tố đỏ

Bảng 1.1 Các dạng cacbonhydat trong 3 ngành rong biển.[22]

Trong dịch tế bào Tinh bột

là FUCOIDAN-GLYCALYX (F-GX) Loại thuốc tự nhiên này có khả năng diệt virus HIV, tăng sức chịu đựng của phân tử miễn dịch Ngày 01 tháng 01 năm 2003 loại thuốc này đã được chính phủ Trung Quốc cấp phép cho sản xuất và đưa vào sử dụng

Tại Nhật rong Nâu đã được sử dụng làm thức ăn từ thế kỷ thứ V, cuối năm 2001 cơ quan quản lý thực phẩm và dược phẩm đã xem xét và cấp phép cho các sản phẩm thực phẩm chức năng của Nhật được bổ sung thêm thành phần fucoidan để tăng cường hệ miễn dịch, giảm cholesterol, giảm mỡ máu

… và trở thành thực phẩm hỗ trợ trị bệnh nan y phổ biến của nước Nhật [18]

Rong biển đã được dùng làm thực phẩm trên toàn thế giới rất quen thuộc với chúng ta (rong đỏ: agar, carrageenan, rong Nâu: alginat), chúng cũng là nguồn bổ sung dưỡng chất (protein, vitamin, khoáng vi lượng) cho thức ăn nuôi tôm, thức ăn gia súc, được dùng trong công nghiệp dệt, nhuộm, mực in, sơn, hàn điện, lọc và hấp phụ các hợp chất, công nghiệp giấy, trong

kỹ thuật nuôi cấy vi sinh, điện di, agar, nó còn là nguyên liệu không thể thiếu cũng như trong công nghiệp nước giải khát và đồ hộp, socola, mỹ phẩm cao cấp(carrageenan), ngoài ra rong biển còn dùng làm chất kích thích sinh trưởng với chất oligo alginat, laminaran (rong Nâu) cùng các hợp chất như auxin, gibberelin, cytokinin (trong hầu hết các ngành rong) Rong biển còn được sử dụng chữa trị ung thư theo các bài thuốc gia truyền dưới dạng dùng kết hợpvới các thuốc khác[6] và polyphenol trong rong Nâu cũng được dùng làm trà chống lão hoá Đặc biệt trong thời gian gần đây (2007) tại trung tâm đăng

ký phát minh sáng chế của Mỹ đã có qui trình sản xuất biodiesel từ rong

1.1.4 Phân bố của 3 ngành rong biển trên thế giới

Xét về số lượng các loài rong, thì rong lục (Chlorophyta) trên thế giới chủ yếu phân bố tập trung tại Philippin, tiếp theo là Hàn Quốc, kế tiếp là Indonesia, Nhật Bản và ít hơn là ở Việt Nam với các loài Caulerpa racemosa,

Ulva reticulata, Ulva lactuca Ngoài ra, rong lục còn phân bố rải rác ở các

nước bao gồm: Achentina, Bangladesh, Canada, Chile, Pháp, Hawaii, Israel,Italy, Kenya, Malaysia, Myanmar, Bồ Đào Nha, Thailan… Rong đỏ(Rhodophyta) phân bố nhiều ở Việt Nam bao gồm một số loài như:

Betaphycus gelatinum, Calaglossa leprieurii, Gelidiella acerosa, Gigartinaintermedia, Gloiopeltis spp., Gracilaria spp., Gracilaria asisatica, Gracilariacoronopifera, Gracilaria eucheumoides, Gracilaria firma, Gracilariaheteroclada, Gracilaria salicornia, Gracilaria tenuistipitata var liui, Hypneamuscoides, Hypnea valentiae, Kappaphycus cottonii, Porphyra crispata,Porphyra suborbiculata, Acanthophora spicifera Sau đó cùng với số

lượng loài tương đương nhau ở Nhật Bản, Chile, Indonesia, Philippin,

Canada, Hàn Quốc tiếp theo sau là Thailan, Brazil, Pháp, Bồ Đào Nha, Trung Quốc,Hawaii, Myanmar, Nam Phi, ít hơn nữa là Anh, Bangladesh, Caribbe, Ireland, Peru, Tây Ban Nha, Achentina, ấn Độ, Italy, Malaysia, Mexico, New Zealand, Mỹ sau hết là rải rác có mặt ở Iceland, Alaska, Kenya, Madagascar, Kiribati,Ai Cập, Israel, Ma rốc, Namibia, Tanzania Rong Nâu (Phaeophyta) phân bố nhiều nhất ở Nhật Bản, tiếp theo là Canada, Việt Nam, Hàn Quốc, Alaska, Ireland, Mỹ, Pháp, ấn Độ, kế tiếp là Chile, Achentina, Brazil, Hawaii, Malaysia, Mexico, Myanmar, Bồ Đào Nha

Trong đó bộ Fucales, đối tượng phổ biến và kinh tế nhất của rong Nâu

đại diện là họ Sargassaceae với hai giống Sargassum và Turbinaria phân bố chủ yếu ở vùng cận nhiệt đới.[phụ lục 1.1]

Hệ thống phân loại Sargassum trên thế giới rất phức tạp, năm 1753 ba loài thuộc chi Fucus: Fucus natans, F acinarius và F lendigerus do Linnaeus

mô tả lần đầu tiên nay được thay thế bằng chi Sargassum Giữa những năm

1808 đến 1819, 36 loài rong thuộc chi Fucus được mô tả ngày nay cũng được chuyển sang chi Sargassum, năm 1820 J.Agardh giới thiệu chiSargassum với

số loài lúc này là 62 loài Sau thời gian đó rất nhiều tác giả khác tiếp tục giới

thiệu về Sargassum như Yendo (1907), Reinbold (1913),Grunow (1915, 1916) and Setchell (1931) Số loài Sargassum lên đến 230

Năm 1954 Womersley công bố hệ thống phân loại Sargassum của mình

ở Úc, cùng với các tác giả đương thời ở nhiều vùng khác nhau trên thế giới như Phạm Hoàng Hộ của Việt Nam, Chou, Chiang của Taiwan và Ang, Trono

của Philippin[6], đến nay tổng số loài của chi Sargassum đã lên đến hơn 500

Sargassum tại Việt Nam hiện nay có khoảng 70 loài (thực vật chí Việt

Nam), số lượng loài Sargassum phân bố trên các nước luôn thay đổi theo các nghiên cứu gần đây nên khó có thể kết luận hiện nay Sargassum phân bố

nhiều nhất ở nước nào Riêng tính đến 1998 thì nhiều nhất là ở ấn Độ, Philippin và ViệtNam [phụ lục 1.1]

Phân bố về số loài rong biển tuy đã được tổng kết sơ bộ, tuy nhiên, tuỳ theo diện tích lãnh hải, điều kiện môi trường phát triển, kỹ thuật nuôi trồng khác nhau của các nước mà sản lượng rong biển trên thế giới khác với phân

bố các loài rong

1.1.5 Sản lượng rong biển trên thế giới

Rong lục chủ yếu là của Nhật Bản khoảng 4.000 tấn khô với các chi

như Enteromorpha, Monostroma, Ulva, trong đó nuôi trồng khoảng 2.50019

tấn, kế tiếp là Hàn Quốc khoảng 1.000 tấn chi Enteromorpha, Philippines

khoảng 800 tấn chi Caulerpa, gần như toàn bộ do nuôi trồng

Rong đỏ chủ yếu là Pháp khoảng 600.000 tấn, chi Maerl, tiếp theo là Anh khoảng 200.000 tấn, chi Maerl (t ww), ít hơn là Chile khoảng 75.000 tấn gồm các chi Gracilaria, Gigatina, Gelidium Nhật Bản khoảng 65.000 tấn, trong đó khoảng 60.000 tấn là do nuôi trồng, gồm các chi Porphyra và

Gelidium Philippines khoảng 40.000 tấn do nuôi trồng bao gồm chi Euchuema và Kapaphycus Hàn Quốc cũng có sản lượng tương đương với chi

Porphyra, tiếp đến là Trung Quốc với khoảng 31.000 tấn chủ yếu là Porphyra,

Indonesia khoảng 26.000 tấn chi Euchuema và Gracilaria…Việt Nam khoảng 2.000 tấn chi Gracilaria

Sản lượng rong Nâu lớn nhất thế giới tập trung tại Trung Quốc với trên

667.000 tấn khô, tập trung vào 3 chi Laminaria, Udaria, Ascophyllum Korea khoảng 96.000 tấn với 3 chi Udaria, Hizakia, Laminaria Nhật Bản khoảng 51.000 tấn Laminaria, Udaria, Cladosiphon, Na Uy khoảng 40.000 tấn, Chile

khoảng 27.000 tấn [phụ lục 1.2]

Rong mơ việt nam: Năm 1790 Loureiro là tác giả đầu tiên để ý đến một

số loài rong mơ nhưng chỉ mô tả sơ lược, không hình vẽ trong thực vật chí Đông Dương “Flora Cochinchinensis” Năm 1837 cuộc thám hiểm bờ biển Việt Nam được thực hiện trên tàu “La Bonite”, Gaudichaud đã thu được một

loài Turbinaria và 4 loài Sargassum, sau đó Busseuil thu thêm 4 loài nữa Mãi

đến năm 1954 Dawson đến làm việc tại Viện Hải Dương Học Nha Trang có

mô tả thêm 2 loài Toàn bộ các mẫu vật đó hiện nay đều không còn lưu giữ tại Việt Nam Giáo sư Phạm Hoàng Hộ năm 1961 trong luận án đã mô tả 15 loài, đến năm 1967 mô tả được 41 loài Ở miền bắc, Nguyễn Hữu Dinh trong luận án năm 1972 mô tả được 22 loài, nếu so với rong miền nam đã bổ sung được 9 loài cho hệ rong mơ Việt Nam Năm 1992 Nguyễn Hữu Đại trong luận án 20 đã mô

tả 52 loài và trong “Rong mơ Việt Nam nguồn lợi và sử dụng” 1997 đã mô tả 68 loài [8]

Hầu hết các loài rong Mơ sinh trưởng và phát triển ở dạng sống bám với hình thức sinh sản chủ yếu là hữu tính, thích hợp với điều kiện sinh thái môi trường có độ mặn cao, nước trong và có sóng Vì vậy rong Mơ phân bố phổ biến ở các bãi triều đáy cứng (đá tảng, đá, san hô chết, các rạn ngầm ) ven biển và các đảo Do đặc điểm của địa hình có nhiều núi ở ven biển hoặc lấn ra sát biển, tạo thành nhiều mũi và bãi triều đáy đá cứng và có nhiều rạn san hô chết kéo dài, độ muối ổn định và cao quanh năm, các dòng sông ngắn

và có nhiều đảo, nên vùng biển Đà Nẵng (chân đèo Hải Vân, bán đảo

SơnTrà), Quảng Nam (Cù Lao Chàm, Núi Thành), Quảng Ngãi (Bình Châu, đảoLý Sơn, Sa Huỳnh), Bình Định (Phù Mỹ, Qui Nhơn), Phú Yên (vịnh Xuân Đài, Cù Mông), Khánh Hòa (vịnh Văn Phong, Hòn Khói, vịnh Nha Trang, vịnh Cam Ranh), Ninh Thuận (huyện Ninh Hải, Ninh Phước) có nhiều rong Mơ Còn vùng bờ biển từ Bình Thuận đến Bà Rịa-Vũng Tàu, ven biển có nhiều bãi triều đáy cát, chỉ có một ít mũi bãi triều đáy đá ở mũi Né, Long Hương (Bình Thuận), Long Hải, Vũng Tàu (Bà Rịa - Vũng Tàu) nên rong Mơ không nhiều Đoạn bờ biển Tây Nam Bộ thuộc tỉnh Kiên Giang chỉ từ Hòn Chông, Hòn Trẹm (xã Bình An) đến thị xã Hà Tiên, Mỹ Đức, giáp biên giới Campuchia, xuất hiện nhiều bãi triều đáy đá và các đảo, độ muối cao và ổn định mới có rong Mơ phát triển Nhìn một cách tổng quan vùng ven biển và đảo từ Đà Nẵng đến Vũng Tàu và huyện Hà Tiên (từ xã Bình An đến Mỹ Đức Hà Tiên) là hai khu vực ở ven biển phía Nam Việt Nam rong Mơ phân bố tập trung

1.2 Tìm hiểu về rong Nâu

1.2.1 Nguồn gốc, đặc điểm

Rong Nâu là một trong các loại rong biển, sinh sống ở biển là chủ yếu Rong Nâu có nhiều loài, có độ đậm nhạt của màu nâu khác nhau do sự khác nhau về các thành phần sắc tố trong cấu tạo Cây rong sẽ tùy vào từng loại sẽ

có độ dài khác nhau nhưng đều là loài rong to, mọc thành bụi, gồm vài chục chính quanh nhánh, nhánh mang phiến có dạng lá, phiến có răng mịn, hầu như các loài rong Nâu đều có phao, tuy nhiên số lượng và kích thước của phao khác nhau, hình dạng của phao là hình cầu hay trái xoan, đường kính của phao nhỏ khoảng 0,5-0,8 mm, phao lớn khoảng 5-10 mm

1.2.2 Điều kiện sinh trưởng và phát triển

Là loài mọc ở những vùng biển ấm nóng, trên nền đá vôi, san hô chết, nơi sóng mạnh và nước trong, nhất là ven các đảo Chúng mọc trên tất cả các loài vật bám cứng, trên vách đá dốc cứng, trên các vách đá dốc đứng, các bãi

đá tảng Trên các bờ dốc đứng, chúng phân bố thành các đai hẹp ở các mức

thủy triều thấp đến sâu khoảng 0,5 m Đa số chúng thích mọc ở nơi sóng mạnh, ở các đảo, bờ phía đông chúng mọc dày và phong phú hơn bờ phía tây

Ở các bãi đá hướng ra biển khơi, chúng phát triễn mạnh và sinh lượng nhiều hơn

Chúng sinh trưởng mạnh vào các tháng 2 - 3, đa số các loài có kích thước tối đa vào tháng 3 - 4 và hình thành cơ quan sinh sản, sau đó bị sóng biển nhổ đánh tấp vào bờ và tàn lụi Đến tháng 7 các bãi rong đều trơ

1.2.3 Thành phần hóa học của rong Nâu

Mannitol: có công thức là HOCH2-(CHOH)4 –CH2OH

Mannitol tan được trong Alcol, dễ tan trong nước có vị ngọt Hàm lượng từ 14-25% trọng lượng rong khô tùy thuộc vào hoàn cảnh địa lý sinh sống

b Polysaccharide

- Alginic: Alginic là một polysaccharide tập trung ở giữa vách tế bào, là

thành phần chủ yếu cấu tạo thành tầng bên ngoài màng thành phần màng tế bào rong Nâu

Hàm lượng này phụ thuộc vào loài rong và vị trí địa lý môi trường màrong sinh sống Hàm lượng Alginic có ở các loài rong ở biển miền Trung Việt Nam là khá cao, dao động từ 12,3 đến 35,9% so với trong lượng rong khô tuyệt đối, tùy thuộc vào loài và vùng địa lý

- Fuccoidan: là sulfate polysaccharide dị hợp Hàm lượng khoảng

8-10% rong khô tuyệt đối

- Laminarin: Laminarin là β)1→3,1→6 glucan Laminarin có hàm

lượng từ 10-15% trọng lượng rong khô tùy thuộc vào loại rong, vị trí địa lý và môi trường sinh sống của rong Nâu

- Cellulose: là thành phần tạo nên vỏ cây rong Hàm lượng cellulose

trong rong Nâu nhiều hơn trong rong đỏ

1.2.3.3 Protein

Protein của rong Nâu không cao lắm nhưng khá hoàn hảo Do vậy rong Nâu có thể dùng làm thực phẩm Protein của rong Nâu thường ở dạng kết hợp với Iot tạo nên iot hữu cơ như: MonoIodInzodizin Iot hữu cơ rất có giá trị trong

y học Do vậy rong Nâu còn được dùng làm thuốc phòng chống bệnh bướu cổ

Hàm lượng protein rong Nâu vùng biển Nha Trang dao động từ 8,05- 21,11% so với trọng lượng rong khô

1.2.3.4 Chất khoáng

Hàm lượng các nguyên tố khoáng trong rong Nâu thường lớn hơn nước biển Hàm lượng khoáng của các loài rong Nâu Nha Trang dao động từ 15,51-46,30% phụ thuộc vào mùa vụ và thời kỳ sinh trưởng Ngoài ra trong rong Nâu còn có mặt các chất khác như acetogenin, polyphenolic, terpenoids, lipid… Rong Nâu phân bố tại Việt Nam chủ yếu là rong mơ bao gồm các loài

Sargassum và turbinaria

1.2.4 Tình hình chế biến và nghiên cứu ứng dụng các sản phẩm từ rong Nâu

Rong biển được sử dụng chế biến rộng rãi trong công nghệ thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, hóa học, mỹ phẫm và dược phẩm Công nghệ chế biến các sản phẩm từ rong biển chủ yếu ở các nước ở châu Á như: Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Triều Tiên, Indonesia… Mỹ, Canada và một số nước châu Âu như Pháp, Đức đang cố gắng thiết lập sản xuất rong biển ở quy mô lớn [5]

Đã từ lâu rong biển được tạo ra các sản phẩm ứng dụng vào đời sống

Từ những năm 1870, người ta đã điều chế xà phòng từ các chất K2O, Na2O lấy từ rong biển (rong Nâu) Trong rong Nâu, Iod chiếm với tỷ lệ lớn Đến

năm 1812, Iod đã được điều chế từ rong Nâu với giá trị dược học cho con người Năm 1914 – 1915 Mỹ, Đức dùng rong Nâu để điều chế KCl, than hoạt tính Năm 1930 công nghệ chế biến các chất như: Alginate, Manitol, Agar phát triển mạnh và ngày càng ứng dụng nhiều trong thực tế

Giá trị công nghiệp của rong biển là cung cấp các chất keo quan trọng như Agar, Alginate, Carrageenan, Furcellazan dùng cho thực phẩm và nhiều ngành công nghiệp khác Các loại keo rong biển là các loại polysaccharide có tính keo khi hòa tan trong nước, được chiết suất từ rong biển Từ rong Nâu có thể chiết suất được: Alginic, Alginate, Laminarin

Keo Alginate, Agar và Carrageenan được chiết rút từ khoảng 1,300,000 tấn rong tươi các loại Tổng sản lượng keo rong biển gồm: 35,000 tấn Alginate, 25,000 tấn Carrageenan và 10,000 tấn Agar, với tổng giá trị lên đến 750 triệu USD

Ở nước ta cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu về ứng dụng các hợp chất được chiết rút từ rong Nâu Cụ thể là các đề tài “Nghiên cứu sử dụng Iod chiết rút từ rong Nâu để phối chế nước mắm Iod”, “Nghiên cứu hoàn thiện và cải tiến quy trình công nghệ sản xuất Alginate Natri” của tác giả Trần Thị Luyến [10]

Ngày nay, các hợp chất khác có hoạt tính sinh học của rong Nâu như Manitol, Fuccoidan cũng đang được nghiên cứu rộng rãi

1.3 Tìm hiểu về enzyme viscozyme

1.3.1 Giới thiệu chung về enzyme Viscozyme

Viscozyme Lđược sử dụng trong đề tài là sản phẩm của hãng

Novozyme(Đan Mạch), bao gồm các enzyme hoạt động: cellulase, hemicellulase, xylanase

Viscozyme là sản phẩm từ chủng nấm mốc Aspergillus aculeatus Là

một phức hợp đa enzyme có chứa một loạt các carbohydrases Nó cũng hoạt động trên các nhánh giống như pectin chất được tìm thấy trong thành tế bào thực vật Một trong những sử dụng của nó tại phòng thí nghiệm là việc sản xuất các tế bào thực vật protoplasts từ lá rau diếp

Viscozyme có chứa một loạt các carbohydrases arabanase, cellulase,

beta-glucanase, hemixenlulaza và xylanase Nó cũng phá vỡ nhánh pectin như chất được tìm thấy trong thành tế bào thực vật Các điều kiện

tốiưucho Viscozyme với các hoạt động khác nhau và phức tạp của nó là một

phạm vi pH 3,7 - 6 và nhiệt độ 25-55° C

1.3.3 Bảo quản

Chuẩn bị enzym nên được bảo quản ở 3-5 ° C Ở nhiệt độ này, các enzyme sẽ duy trì hoạt động của nó ít nhất một năm Ở 25 ° C, enzyme có thể duy trì hoạt ít nhất 3 tháng [27]

1.3.4 Ứng dụng của enzyme viscozyme

Viscozyme tìm thấy một loạt các sử dụng trong ngành công nghiệp, đặc

biệt là nơi các sản phẩm hữu ích được chiết xuất từ nguyên liệu thực vật trong chế biến các loại ngũ cốc và rau quả Nó có thể tăng cường sự sẵn có của tinh bột trong quá trình lên men làm giảm polysaccharides trong nguyên liệu thực vật Nó thường làm giảm độ nhớt của vật liệu có nguồn gốc từ thực vật và do

đó có thể cải thiện sản lượng khai thác Viscozyme 120L chịu được nồng độ rượu thấp nhưng chịu được nồng độ đường cao hơn nên được sử dụng để làm trong dịch quả cô đặc

1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân

Quá trình thủy phân rong Nâu tùy theo mức độ thủy phân, thời gian thủy phânmà thu được các loại đường đơn, đường phân tử thấp Quá trình

thủy phân rong Nâu bằng viscozyme có nhiều yếu tố ảnh hưởng:

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Do bản chất của enzyme là protein nên sự thay đổi về nhiệt độ thường ảnh hưởng tới hoạt tính enzyme và enzyme chỉ thể hiện hoạt tính cao nhất ở một giới nhiệt độ nhất định Thông thường đối với đa số enzyme thì nhiệt độ thích hợp nằm trong khoảng 40 0C – 50 0C, ở nhiệt độ lớn hơn 700C đa số enzyme bị bất hoạt Do vậy, nhiệt độ 70 0C được coi là nhiệt độ tới hạn của enzyme Theo quy luật của các phản ứng hóa học thông thường trong khoảng nhiệt độmà enzyme chưa bị biến tính, khi tăng nhiệt độ lên 10 0C thì vận tốc phản ứng của enzyme tăng lên 1,4 – 2 lần Khi bắt đầu có sự biến tính protein thì xảy ra 2 hiện tượng: Một mặt vận tốc phản ứng vẫn tăng theo

sự tăng nhiệt độ, mặt khác vận tốc biết đình chỉ hoàn toàn Nhiệt độ tối thích cho một enzyme không phải là hằng số mà nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

cơ chất, pH môi trường, nồng độ enzyme…

Ảnh hưởng của pH môi trường

pH có ảnh hưởng rất lớn tới vận tốc phản ứng enzyme, mỗi enzyme chỉ hoạt động thích hợp nhất ở một pH xác định gọi là pH hoạt động tối thích của enzyme pH tối thích của đa số enzyme nằm trong vùng acid yếu, kiềm yếu hoặc trung tính, chỉ một số ít hoạt động trong vùng acid mạnh hoặc kiềm mạnh

Ảnh hưởng của thời gian

Thời gian thủy phân kéo dài hay rút ngắn đều ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình thủy phân và chất lượng của sản phẩm thủy phân Hoạt tính sinh học của sản phẩm thủy phân phụ thuộc lớn vào đội dài của các mạch carbonhydrat trong sản phẩm thủy phân Thời gian kéo dài, enzyme có điều kiện để cắt mạch triệt để, dẫn đến sự biến đổi sâu sắc của cơ chất Tuy nhiên, nếu kéo dài thời gian thủy phân quá mức sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật hoạt động, sản sinh nhiều sản phẩm cấp thấp, đồng thời làm giảm ngắn thời gian thủy phân, sự thủy phân cacbonhydat chưa triệt để dẫn tới hiệu suất

thủy phân kém, gây lãng phí nguyên liệu và khó khăn trong quá trình lọc rửa thu dịch thủy phân

Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc

Khi thủy phân diện tích tiếp xúc giữa enzyme và cơ chất cũng ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân Diện tích tiếp xúc càng lớn tốc độ thủy phân càng dễ dàng và ngược lại Do đó, để tạo điều kiện cho enzyme protease hoạt động tốt cần xay nhỏ rong Nâu

Ảnh hưởng của nồng độ enzyme

Nói chung trong điều kiện thừa cơ chất thì khi nồng độ enzyme tăng vận tốc tăng, khi nồng độ enzyme bão hòa với nồng độ cơ chất thì nồng độ

enzyme tăng vận tốc không thay đổi

Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất

Khi enzyme viscozyme kết hợp với cơ chất là rong Nâutrước hết sẽ tạo thành phức trung gian của enzyme và cơ chất Khi cơ chất rong Nâu tạo phức với enzyme viscozyme sẽ bị thay đổi cả cấu trúc không gian và mức độ bền vững của các liên kết Kết quả là các liên kết bị phá vỡ và tạo ra sản phẩm thủy phân và giải phóng enzyme Quá trình cứ tiếp tục xảy ra cho đến khi cơ chất hết Nếu nồng độ cơ chất thích hợp với lượng enzyme sẽ làm cho

quá trình thủy phân diễn ra đều đặn, nhanh chóng

Ảnh hưởng của tỷ lệ nước / nguyên liệu

Nước là yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến phản ứng thủy phân Nó có khả năng điều chỉnh phản ứng thủy phân do nước là môi trường tăng cường quá trìnhphân cắt các liên kết nhị dương, là môi trường khuếch tán enzyme

và cơ chất tạo điều kiện cho phản ứng thủy phân xảy ra Do vậy, nếu bổ sung nước vào quá trìnhthủy phân nguyên liệu rong Nâu với tỷ lệ thấp sẽ hạn chế được hoạt động của vi sinhvật nhưng đồng thời ức chế hoạt động của enzyme làm giảm hiệu suất thủy phân Nhưng nếu bổ sung nước với tỷ lệ

quá cao, vi sinh vật hoạt động và phân hủy sảnphẩm thành các sản phẩm thứ cấp Vì vậy, cần phải xác định tỷ lệ nước bổ sung cho phù hợp

1.4 Tìm hiểu về ethanol sinh học và tiềm năng của nó

1.4.1 Giới thiệu chung về ethanol sinh học

Ethanol (C2H5OH) là một chất lỏng không màu, sôi ở 78,3 0C và là một dung môi hữu cơ đa dụng, có thể sản xuất từ dầu khí thông qua phản ứng hydrat hóa ethylene (ethanol tổng hợp, không sử dụng vào mục đích năng lượng) hoặc từ nguyên liệu sinh học (ethanol sinh học, sử dụng chủ yếu vào mục đích năng lượng)

Ethanol sinh học có khả năng thay thế hoàn toàn xăng sản xuất từ dầu

mỏ hoặc có thể pha trộn với xăng để tạo ra xăng sinh học Xăng sinh học là hỗn hợp của xăng truyền thống và cồn sinh học (bio-ethanol), được sử dụng làm nhiên liệu cho các loại động cơ đốt trong như xe gắn máy, ôtô Được ghi danh bằng kí tự E kèm theo một con số chỉ số % của ethanol sinh học được pha trộn trong xăng đó

Trên thị trường người ta thường gặp các loại xăng sinh học như E5, E20, E95…tức là xăng chứa 5%, 20%, 95% ethanol

Công thức hóa học của ethanol: C2H5OH, CH3-CH2-OH, viết tắt là C2H6O Ethanol là một loại nhiên liệu thay thế dạng cồn, được sản xuất bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn, như bắp, lúa mì, lúa mạch, mía, cử cải đường, sắn, các phế phẩm nông nghiệp Ngoài ra, ethanol còn được sản xuất từ cây, cỏ có chứa cellulose, gọi là ethanol sinh học [28]

1.4.2 Tiềm năng sản xuất ethanol sinh học

Ethanol sinh học trộn với xăng chế biến từ dầu thô để chạy xe Sản xuất

đủ Ethanol thì thế giới sẽ giải quyết được một vấn đề nhức nhối là lệ thuộc vào các nước sản xuất dầu hỏa, và về lâu dài giải quyết một vấn đề lớn cho

nhân loại là đến một lúc nào đó các kho dầu mỏ khô cạn Ngoài ra Ethanol khi cháy thải ít khí nhà kiếng vào bầu khí quyển hơn là xăng chế biến từ dầu mỏ

Ethanol là chất phụ gia để tăng trị số Octane (trị số đo khả năng kích nổ) và giảm khí thải độc hại của xăng Trong chính sách năng lượng của mình, từ khối EU đến Mỹ, Trung Quốc, Australia, Nhật Bản… đều chú trọng đến ứng dụng ethanol

Người ta dự báo nhu cầu nhiên liệu ethanol toàn cầu đến năm 2010 có thể tăng gấp 4 lần, lên khoảng 80 tỷ lít, và chỉ trong 2 đến 3 năm nữa, các con tàu khổng lồ chở ethanol sẽ xuôi ngược khắp các đại dương, như hình ảnh tàu chở dầu hiện nay Những chiếc xe chỉ chạy được bằng xăng sẽ mất nhường chỗ cho các thế hệ xe chạy bằng ethanol Lúc đó, sẽ diễn ra sự cạnh tranh gay gắt trong thị trường nhiên liệu và cả trong thị trường xe hơi thế giới…

Từ hơn một năm qua, giá xăng dầu tiếp tục tăng dần trên thế giới và hiện tại vẫn chưa có chỉ dấu nào cho thấy sự sụt giảm trong tương lai gần đây

Có những nguyên do chính để giải thích hiện tượng này Đó là tình hình chính trị chung trên thế giới đang bất ổn với cuộc chiến tranh Iraq, và cuộc chiến chống khủng bố Nhưng nếu nhìn xa hơn nữa, thế giới đang lo ngại trữ lượng toàn cầu đang có nguy cơ bị cạn kiệt Trữ lượng dầu hỏa trên thế giới, qua nhiều thăm dò và nghiên cứu của những cơ quan khác nhau như: Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (1997), Báo Washington Post (1996), Kỷ yếu Năng lượng quốc

tế 1998 (International Energy Annual), Phòng Thống kê LHQ (1994) Hầu hết đều kết luận là trữ lượng dầu thô hiện chiếm vào khoảng 1.000 tỷ thùng (barrel) hay 151.011 m3 Cũng cần biết : 1 barrel = 42 Gallon = 159 lít = 0,16 m3 Cũng theo ước tính của Cơ quan Địa chất Hoa Kỳ (US GS) thì với trữ lượng này, nhân loại chỉ có triển vọng sử dụng trong vòng 50 năm tới mà thôi

Rượu ethanol đã được điều chế từ gạo, nếp, bắp từ hàng ngàn năm trước qua sự lên men rượu do vi khuẩn Hiện nay, với nhu cầu giải quyết nạn khan hiếm năng lượng xăng dầu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, ethanol

quả thật là một nhu cầu cấp bách cho thế giới Ngoài ra, sự có mặt của ethanol trong xăng không chỉ giảm thiểu được một phần lượng xăng nhập khẩu mà còn góp phần không nhỏ vào việc giảm thiểu lượng lớn khí thải độc hại ra môi trường, hạn chế ô nhiễm môi trường, góp phần tăng khả năng đảm bảo an ninh năng lượng của một quốc gia, nhất là các quốc gia không có nguồn dầu mỏ [29]

1.4.3 Các nguyên liệu thường dùng để sản xuất ethanol hiện nay

Hiện nay, 95% ethanol được sản xuất bằng cách lên men từ các loại rỉ đường như từ củ cải đường, mật mía, dịch thủy phân từ gỗ (chủ yếu từ hemixenluloza, xenluloza), trái cây…Các loại hạt củ chứa nhiều tinh bột như ngũ cốc, ngô, sắn, khoai tây, các loại gạo nếp, gạo tẻ, tấm, hạt mì, cao lương… (trong đó lên men từ đường chiếm 61%) và 5% ethanol được tổng hợp được từ dầu mỏ, gas, than … Ethanol đang được xem là nguồn nhiên liệu thay thế quan trọng và được quan tâm đặc biệt trong chiến lược phát triển nguồn năng lượng của nhiều quốc gia [4, tr.96-97]

Bảng 1.2.Sản lượng ethanol theo lí thuyết [30]

tấn nguyên liệu khô (lít)

Ghi chú: sản lượng tối đa theo tính toán lý thuyết dựa trên hàm lượng carbon

Lựa chọn loại nguyên liệu nào phù hợp để sản xuất ethanol tùy thuộc vào điều kiện đất đai, khí hậu, chính sách phát triển của mỗi quốc gia Các nguyên liệu chủ lực để sản xuất ethanol ở các nước như sau: Mỹ: bắp, Brazil: mía, Pháp: củ cải đường, Ấn độ: mía, Việt Nam: sắn…Tính theo diện tích canh tác, hiệu quả sản xuất ethanol từ củ cải đường cao nhất, có thể đạt 7.000 lít/ha, kế đến là mía và bắp Tuy nhiên, sẽ thu được nhiều ethanol hơn khi lên men từ bắp, gần 400 lít/tấn hạt, trong khi củ cải đường chỉ đạt 100 lít/tấn [30]

Dầu diesel sinh học được chế biến từ dầu thực vật và mỡ động vật.Vì vậy, nhiều nước đã tiến hành nghiên cứu trồng các loài cây nông, lâm nghiệp

để cung cấp nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học

Các loài cây sau đây đang được sử dụng để cung cấp nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học Với ưu thế về diện tích canh tác, Mỹ sử dụng ngô để sản xuất ethanol Ấn Độ dùng cây Cọ dầu (Elaeis guineennsis) và Jatropha curcas L để sản xuất diesel sinh học Uỷ ban phát triển nhiên liệu sinh học của

Ấn Độ đề nghị trồng Cọ dầu trên diện tích 11,2 triệu ha đất thoái hoá, đất bỏ hoang và các loại đất khác

Từ năm 1975 Braxin đã có kế hoạch dùng mía làm nguyên liệu sản xuất cồn thay thế xăng và khuyến khích sử dụng nhiên liệu sinh học bằng các biện pháp như: sử dụng xăng để chạy xe phải pha một tỷ lệ ethanol nhiên liệu, đầu

tư trồng và cải tạo giống mía để sản xuất nhiên liệu sinh học, cải tiến công nghệ sản xuất ethanol, nghiên cứu sản xuất ô tô chạy bằng ethanol, miễn giảm thuế sản xuất và tiêu thụ ethanol

Các nước EU sử dụng đậu tương, hạt cải dầu (Brassica napus) và dầu

mỡ phế thải từ động, thực vật để sản xuất nhiên liệu sinh học

Thuỵ Điển dự kiến sau 2020 ethanol sinh học từ xenlulose sẽ thay thế toàn bộ nhiên liệu hoá thạch nhằm chấm dứt phụ thuộc vào dầu mỏ [31]

Cách đây không lâu tại Indonesia chiếc xe ô tô đầu tiên chạy bằng 100% nhiên liệu sinh học chế biến từ hạt cây Jatropha đã hoàn tất cuộc chạy

thử 3200 km ở tỉnh Tây Timor Ngoài Cọ dầu họ còn chú ý tới cây Jatropha vì

Cọ dầu phải trồng trên đất màu mỡ nên đã chiếm dụng một phần không nhỏ diện tích đất canh tác trong lúc đó Jatrophacó thể trồng được ở những vùng đất khô cằn Kinh phí lập một đồn điền Jatropha chỉ bằng 1/10 đồn điền Cọ dầu Mặt khác trồng Cọ dầu phải mất 4 năm mới cho thu hoạch trong lúc đó Jatropha chỉ mất 1 năm, vì vậy Manurung và nhiều nhà khoa học cho rằng Jatropha sẽ sớm choán ngôi Cọ dầu Mới đây 1 công ty của Hà Lan đã đặt mua 1 triệu tấn dầu Jatropha nguyên chất của Indonesia Uỷ ban Quốc gia về nghiên cứu phát triển nhiên liệu sinh học của nước này đã trình Chính phủ dành 5 triệu ha đồi trọc để trồng Jatropha, mía và sắn để sản xuất nhiên liệu sinh học Hiện nay nước này đã trồng được 20 ngàn ha cây Jatropha

Malaysia sử dụng Jatropha để sản xuất diesel sinh học, hiện nay nước này đã trồng được 10 ngàn ha cây Jatropha

Trung Quốc đang triển khai sản xuất dầu ethanol sinh học từ cây Jatropha, Hòang liên mộc (Pistacia chinensis Bunge),Văn quan (Xanthoceras sorbifolia Bunge) Hiện nay quốc gia này đã có 9 tỉnh có trạm xăng ethanol và

đã trồng được 40 ngàn ha cây Jatropha

Bộ Nông nghiệp và hợp tác Thái đã có chính sách khuyến khích nông dân trồng sắn để sản xuất năng lượng mới Dự án trồng sắn để sản xuất ethanol đã được ký giữa 3 tập đoàn kinh tế lớn với nông dân Dự kiến quý 1/2008 có khoảng 2 triệu tấn sắn nguyên liệu phục vụ các nhà máy

Như vậy, hiện nay trên thế giới cũng như trong khu vực các loài cây mía, sắn thường được dùng để sản xuất ethanol sinh học còn Cọ dầu và Jatropha dùng để sản xuất diesel sinh học, trong đó Jatropha đang được quan tâm ở nhiều nước [31]

1.5 Tìm hiểu về nấm men lên men ethanol

Trong sản xuất rượu người ta thường dùng những nhóm vi sinh vật sau:

- Nấm men, để lên men địch đường thành rượu

- Nấm mốc, để thủy phân dịch hồ tinh bột thành đường

- Vi khuẩn lactic, dùng để acid hóa dịch đường trước khi lên men

Trường hợp dùng vi khuẩn lactic không phải là phổ biến, nhưng thực tế sản xuất đã cho thấy dùng nhóm vi khuẩn này đảm bảo quá trình lên men thuận lợi hơn, nâng cao được dinh dưỡng cho nấm men ( vi khuẩn lactic tích

tụ các hợp chất nitơ dễ được nấm men đồng hóa) và tăng được hiệu quả tạo ethanol

Trong sản xuất ethanol, người ta thường dùng những nòi nấm men

thuộc giống Saccharomyces cerevisiae Giữa các nòi này có các đặc điểm

khác nhau Các nòi lên men ethanol cần phải có những đặc điểm sau:

+ Có sức phát triển mạnh trong dịch đường lên men

+ Có khả năng tiết ra hệ enzyme zyma để lên men nhanh chóng và hoàn toàn

+ Có thể lên men ở nhiệt độ tương đối cao của mùa hè

+ Có khả năng chịu được độ cồn cao trong qua trình lên men

+ Chịu được môi trường có độ acid cao

Nhiệt độ tối thích đối với sinh trưởng cho nấm men trong khoảng 25 –

30 0C, còn nhiệt độ tối thiểu khoảng 2 -3 0C Ở nhiệt độ 40 0C, sinh trưởng ngừng lại và men bị chết Trong môi trường có nồng độ đường cao nấm men ngừng các quá trình sống Đối với các nòi nấm men khác nhau thì nồng độ đường thích hợp cũng khác nhau Các giống men rượu đều thuộc giống nấm men nổi có khả năng lên men mạnh, có thể lên men được mon và disaccarit, cũng như một phần dextrin ( chủ yếu là dextrin cuối)

Các loài lên men rượu đều thuộc giống nấm men Saccharomyce Các

nòi men này được chia làm hai loại: men nổi và men chìm

+ Men nổi là chủng nấm men khi lên men hay phát triển trong dịch nuôi cấy, chúng tạo thành từng đám với từng bọt tương đối dầy và duy trì

trong suốt thời gian lên men Sau khi kết thúc chúng ( những tế bào nấm men) mới lắng dần xuống đáy và tạo thành một lớp xác men không chặt chẽ

+ Men chìm là chủng nấm men khi lên men hay phát triển trong dịch nuôi cấy, lên men không tạo thành lớp bọt dầy trên bề mặt dịch và các tế bào lắng dần xuống đáy thùng tạo thành lớp cặn men khá chặt chẽ Đặc biệt của men chím là lắng nhanh tạo cho dịch có độ trong sáng và các nòi men có enzyme α- galactozidaza nên có thể dùng hoàn toàn đường rafinoza cho lên men, còn các nòi men nổi chỉ có một số là đồng hóa được 1/3 rafinaza thành rượu

pH, O2 ) [4,tr.102-104]

1.6 Các nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực đề tài

1.6.1 Các nghiên cứu ngoài nước

Trên thế giới, công nghệ sản xuất ethanol sinh học đã được nghiên cứu

và ứng dụng thành công ở nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam Tuy nhiên, nguyên liệu phục vụ cho công nghệ sản xuất ethanol sinh học chủ yếu từ các cây lương thực, rơm rạ[11][18][1] còn từ nguồn rong biển chưa được nghiên cứu và ứng dụng nhiều Đối với Việt Nam vấn đề này vẫn còn rất mới mẻ và đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học

Rong biển là sinh vật tự dưỡng nhờ quá trình quang hợp mà sinh trưởng, phát triển nên sản lượng rong biển trên thế giới rất dồi dào Theo số liệu của tổ chức FAO, năm 2006 thống kê, nguồn rong biển tự nhiên ở các vùng biển trên thế giới rất lớn, có thể sử dụng nguồn này để sản xuất ethanol sinh học thay thế cho các nguồn lương thực khác, như Trung Quốc sản lượng

rong tươi hằng năm là 323 nghìn tấn/năm, Chile là 305 nghìn tấn/năm, NaUy

là 145 nghìn tấn/năm, Nhật Bản là 113 nghìn tấn/năm, Pháp là 75 nghìn tấn/năm và Ireland là 29 nghìn tấn/năm Ngoài ra, tổ chức FAO cũng thống kê các nước trồng rong lớn nhất thế giới thuộc vào các nước Châu Á, như Trung Quốc là 10,800 nghìn tấn/năm, Philippin là 1,300 nghìn tấn/năm, Indonesia là

900 nghìn tấn/năm và những nước khác là 2,000 nghìn tấn/năm.[14]

Những nguyên liệu có thể dùng để sản xuất ethanol là đường, tinh bột và nguyên liệu chứa cellulose ( Bailey and Ollis, 1986) Đường có thể biến đổi trực tiếp thành ethanol nhưng tinh bột phải được thủy phân thành đường dưới tác dụng của enzyme rồi mới lên men thành ethanol, còn cellulose cũng phải biến đổi thành đường trước khi lên men bằng acid vô cơ (Bashir and Lee, 1994) Sở dĩ có thể dùng rong biển để sản xuất ethanol vì nhiều loài rong biển

có chứa hàm lượng cacbohydrat cao, có thể dùng để chuyển hóa lên men rượu Đã có nhiều tài liệu nước ngoài công bố về vấn đề này như rong Nâu

Laminaria ở vùng biển Ireland được đất nước này khai thác để sản xuất

ethanol sinh học có chứa 6% cellulose, 23% alginates, 12% mannitol, fucoidan 5%, laminaran 14%, proteins 2%, lipid 2%, không thấy hàm lượng tinh bột, hemicellulose và lignin Khác với rong Nâu, rong lục có hàm lượng

ẩm cao hơn rất nhiều, chiếm đến 85%, hàm khoáng 24%, protein 19%, lipid 2%, cellulose 18%, ulvan 20%, tinh bột 2%, hợp chất sunfat 8% và chất màu nhỏ hơn 1% [10][14]

Alginate là một polysaccharide trong rong Nâu không thể lên men nhờ những vi sinh vật truyền thống, mà muốn lên men được phải qua xử lý ở nhiệt

độ cao trước khi lên men hoặc dùng những vi sinh vật lên men thích ứng Ở

NaUy, Horn và cộng sự năm 2004 đã tìm ra chủng nấm men P angophorae

để lên men rong Nâu nhưng hiệu suất lên men không cao, còn các nhà nghiên cứu của trường đại học quốc gia Ireland (NUIG) đã tách được một enzyme từ

nấm kỵ khí Talaromyces emersonii được xem là cắt đứt rất tốt các hợp chất

đường phức tạp để tạo ra đường đơn giản [14]

Năm 2007, nhóm tác giả Aizawa, M; Asaoka, K; Atsumi, M; Sakou, T của trường Đại học Tokai Nhật Bản đã công bố kết quả nghiên cứu về sản xuất ethanol sinh học của Nhật Bản do Tokyo Fisheries Promotion Foundation đầu tư trên tạp chí Oceans 2007 Dự án sản xuất ethanol từ rong

biển Sargassum hornerilà một loại rong Nâu, có hàm lượng cacbohydrate

5.8%, kết quả thu được 29,6 kg ethanol hoặc 38.0 lít ethanol trên 1 tấn rong tươi có độ ẩm 90%.[9]

Năm 2009, nhóm tác giả DuBok Choi, Heung Sun Sim, Yu Lan Piao,

Wu Ying và Hoon Cho của hai trường Đại học Cho-dang và Chusun Hàn Quốc đã công bố kết quả nghiên cứu về sản xuất đường từ nguyên liệu rong biển thô trên tờ báo Industrial and Engineering Chemistry Kết quả công bố, rong biển thô được cắt nhỏ 5cm, sau đó bổ sung HCl, Ascorbic acid và NaOH từ 0,25 ÷ 2%, hỗn hợp được gia nhiệt ở 1210C; 0,98 bar, trong thời gian 1-3h, tác giả so sánh hiệu quả thủy phân giữa các mẫu bằng cách so sánh độ nhớt giữa các hỗn hợp sau khi kết thúc thủy phân, trường hợp rong biển thủy phân trong Ascorbic acid cho thấy độ nhớt giảm một cách nhanh chóng, tiếp đến là mẫu xử lý HCl và cuối cùng mẫu xử lý NaOH Nhóm tác giả cũng công bố cho biết khi rong biển thủy phân bằng hỗn hợp enzyme Liquozyme, Dextrozyme, Viscozyme và Rapidase trong điều kiện nhiệt độ 300C, thời gian 360 phút thì hàm lượng đường sinh ra nhiều hơn so với dùng Ascorbic acid [13]

Năm 2010 nhóm tác giả Churl Kim, Hyun Jin Ryu, Sang Hyoun Kim, Jeong – Jun Yoon, Hoon Sik Kim và Yong Jin Kim của trường đại học Kyung Hee đã công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Bull Korean Chem.Soc về sử dụng chất lỏng ion để chuyển hóa agar thành hỗn hợp đường Phản ứng đường hóa agar được tiến hành như sau: Một hỗn hợp 10g agar được trích ly

từ Gelidium amansii cho vào hỗn hợp nước chứa chất lỏng ion có tính chất

acid ([Chol][HSO4]) Phản ứng thủy phân được thực hiện ở 1210C trong 15 phút, sau đó điều chỉnh hỗn hợp pH về 5.5 bằng cách bổ sung CaCO3 và chất lỏng ion được tách ra bằng cách ly tâm [11]

Năm 2011, nhóm tác giả Kazunori Nakashima và cộng sự của trường Đại học Kobe Nhật Bản đã công bố kết quả nghiên cứu về sản xuất bioethanol

từ cellulose bằng cách kết hợp giữa nấm men có chứa enzyme cellulase với tiền xử lý chất lỏng ion (ionic liquid) trên trang Green Chemistry Kết quả công bố, khi cellulose được tiền xử lý với các chất lỏng ion như [Emim][Cl]; [Emim][OAc]; [Emim][DEP] ở điều kiện 800C, thời gian 30 phút; sau đó hỗn hợp được trung hòa bằng dung dịch đệm acetat, điều chỉnh pH về 5.0, hỗn hợp tiếp tục bổ sung 5ml hỗn hợp nấm men endoglucanase (EG), cellobiohydrolase (CBH), và β-glucosidase (BGL), đồng thời bổ sung nấm

men 5ml S.cerevisiae tiến hành lên men ở nhiệt độ 300C, thời gian 96h thì hiệu suất thu ethanol lên đến 90% và có thể tái sử dụng các chất lỏng ion đến 82% [16]

NaUy đã nghiên cứu sản xuất ethanol từ hai loài rong Nâu là Laminaria

hyperborea và Ascophyllum nodosum thành công, họ đã chiết laminaran và

mannitol từ rong Nâu Laminaria hyperborea để sản xuất ethanol (Horn, et al.,

2000)[15][18] Hàm lượng mannitol và laminaran trong rong Nâu khô khoảng

25 ÷ 30% (Jensen and Haug, 1956) Quá trình lên men ethanol từ mannitol

nhờ vi khuẩn Zymobacter palmae, còn vi khuẩn Pichia angophorae có thể

tham gia sản xuất ethanol cả hai nguồn mannitol và laminaran Những vi sinh

vật phổ biến được sử dụng để lên men ethanol là Saccharomyces cerevisiae

và vi khuẩn Zymomonas mobilis (Dumsday et al, 1997) [14]

Năm 2011 nhóm tác giả Krish Purnawan Candra, Sarwono, Sarinah của trường Đại học Mulawarman Indonesia đã công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Journal of Coastal Development về sản xuất ethanol sinh học từ rong

đỏ Eucheuma cottonii trên vùng biển Baotang của Indonesia theo quy trình

sau: Rong sau khi thu hoạch được phơi khô và bảo quản trong các túi nilon, đưa về phòng thí nghiệm được bảo quản ở nhiệt độ phòng, 100g rong khô cho vào 300ml nước, sau đó đun sôi ở nhiệt độ 800C trong 2giờ cho đến khi gel được hình thành, sau đó làm nguội xuống nhiệt độ phòng 25 ml H2SO4 5% rót vào một lọ thủy tinh chứa 100g gel rong biển đem đun sôi ở 1000C trong 2 giờ, sau đó dung dịch được điều chỉnh về pH = 5 bằng cách nhỏ 0,1M NaOH, hàm lượng đường xác định là 15.8mg/ml dịch thủy phân bằng phương pháp Nelson Somogyi Hỗn hợp được lên men từ 5-6 ngày ở nhiệt độ phòng từ 28-300C

bằng nấm men Saccharomyces cereviceae thì thu được sản lượng cồn tối đa là

4,6% [15]

Năm 2011 nhóm tác giả Leilei Ge, Peng Wang, Haijin Mou của trường College of Food Science and Engineering và Ocean University của Trung Quốc đã công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Renewable Energy về nghiên cứu công nghệ đường hóa bã rong để chuyển hóa ethanol Nguyên liệu dùng nghiên cứu là phần bã thừa của quá trình sản xuất alginate được xay nhỏ và sấy khô ở 400C, sau đó bảo quản ở nhiệt độ phòng Bã rong được tiền xử lý bằng acid sulfuric loãng lần lượt là 0,1; 0,2; 0,5 và 1% trong thời gian 0,5; 1,0 và 1,5 giờ tại nhiệt độ 1210C Sau đó, phần bã không tan được lọc tách ra và rửa với

nước nóng Hỗn hợp được điều chỉnh về pH = 4.8 bằng dung dịch đệm acetat, tiếp tục bổ sung enzyme cellulase và cellobiase để thủy phân cellulose, hemicellulose và lignin không tan ở nhiệt độ 500C trong 48h Sau đó hỗn hợp

được lên men bằng Saccharomyces cerevisiae ở nhiệt độ 300C trong 36h, lượng ethanol thu được là 41,2%, tương ứng với hiệu suất là 80,8% [17]

Năm 2011 nhóm tác giả Mitsunori Yanagisawa, Kanami Nakamura, Osamu Ariga, Kiyohiko Nakasaki của Viện công nghệ Tokyo và trường đại học công nghệ Kochi Nhật Bản đã công bố kết quả nghiên cứu các loài rong

có chứa polysaccharides có thể thủy phân một cách dễ dàng dùng để sản xuất rượu sinh học trên tạp chí Process Biochemistry Nhóm tác giả đã nghiên cứu

trên 3 đối tượng rong: rong lục Ulva pertusa Kjellman, rong Nâu Alaria

crasssifolia và rong đỏ Gelidium elegans Kuetzing, đối với rong lục và rong

Nâu sau khi thu hoạch về được phơi nắng trong 5h để dùng làm thí nghiệm, còn rong đỏ được sấy ở 600C trong 2 ngày Tất cả các loại rong đều xay nhỏ đến 0.5mm Tổng hàm lượng cacbohydrat trong 3 loại rong này được xác định bằng tổng của NFE (nitrogen –free extrac) và phần sợi thô được xác định bằng phương pháp chuẩn dùng phân tích thực phẩm lần lượt là 68,8; 61,0 và 83,2%, hàm lượng glucan trong các loại rong này lần lượt là 22,0; 24,5 và 21,8% trọng lượng rong khô tuyệt đối Hàm lượng galactan chỉ có trong rong

đỏ với hàm lượng 26,5% trọng lượng rong khô tuyệt đối Đây là những polysaccharide chứa các đường có thể lên men một cách dễ dàng[22]

Như vậy, kết quả nghiên cứu của nhiều nhóm tác giả đã công bố cho thấy, sản xuất ethanol sinh học từ rong biển có thể sử dụng nhiều phương pháp tiền xử lý rong để tạo dung dịch đường như tiền xử lý bằng acid

H2SO4[17][25], HCl[13], acid ascorbic[13], xút (NaOH)[13], enzyme[17][22] hoặc kết hợp giữa các phương pháp với nhau[17] Còn sử dụng bằng chất lỏng ion kết hợp với phương pháp dùng enzyme hoặc acid hiệu quả đối với nguyên liệu chứa nhiều cellulose như phụ phẩm nông nghiệp[11] Hàm lượng

cellulose trong rong biển không cao [10][14][3]trong khi chất lỏng ion lại đắt nên việc sử dụng chất lỏng ion để tiền xử lý rong biển không hiệu quả, chỉ hiệu quả đối với các phế liệu nông nghiệp như rơm, rạ, mùn cưa,

1.6.2 Các nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu về sản lượng rong biển tại Việt Nam và Khánh Hòa: Hiện nay tại Việt Nam chưa có bất kỳ tác giả nào công bố kết quả nghiên cứu về sản xuất ethanol sinh học từ rong biển mà chỉ dừng nghiên cứu khảo sát sản lượng rong biển phục vụ sản xuất ethanol và nghiên cứu một số thành phần hóa học của một số loại rong có tại Việt Nam, trong đó có hàm lượng polysaccharide, như tác giả Lê Như Hậu và cộng sự của Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang với đề tài “ Nghiên cứu và đề xuất giải pháp khai thác hợp lý và bền vững cho rong nguyên liệu sản xuất ethanol ở ven biển Nha Trang” năm 2010 đã công bố, trữ lượng các ngành rong biển tại Nha Trang như sau: Khu vực vịnh Nha Trang có diện tích rong Mơ 546,20ha Rong Mơ phát triển thành thảm với sinh lượng trung bình đạt 571,90g.khô/m2, trữ lượng 4840,4 tấn khô/năm Rong Đỏ là 231,97 tấn khô/năm và rong lục là 16,53 tấn khô/năm[2] Tác giả cũng công bố kết quả nghiên cứu trong báo cáo hội nghị khoa học nhân dịp kỷ niệm 35 năm Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam diễn ra tại Hà Nội vào tháng 10 năm 2010 là Rong biển

Việt Nam gồm những chi có sản lượng lớn Sargassum, Hormophysa,

Hydroclathrus (rong Nâu); Gracilaria, Hydropuntia, Hypnea, Kappaphycus

(Rong Đỏ); Ulva, Chaetomorpha, Cladophora (Rong Lục),hiện nay có thể

khai thác 79.126,3 tấn rong khô trên diện tích 75.322,0 ha Diện tích mặt nước

có tiềm năng nuôi trồng và khai thác rong biển trong thời kỳ 2010-2015 khoảng 900.000 ha với sản lượng 600-700.000 tấn khô/năm Như vậy, rong biển Việt Nam, cũng như rong biển tại các vùng biển Khánh Hòa có trữ lượng rất lớn, có khả năng đáp ứng nguồn nguyên liệu cho công nghệ sản xuất ethanol sinh học ở quy mô công nghiệp bằng khai thác nguồn nguyên liệu tự