Khảo sát nâng cao hiệu quả quá trình lên men bioethanol từ vỏ cacao bằg phương pháp SSF

Hiện nay đã có khá nhiều nghiên cứu lên men bioethanol được tiến hành trêncác nguồn nguyên liệu giàu cellulose như rơm rạ, bã mía, vo trấu,… tiêu biểu lànghiên cứu “Sản xuất bioeth

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn : Th.S Trần Thị Tương An Sinh viên thực hiện : Hồ Thùy Bảo Trân

MSSV: 1151110531 Lớp: 11DSH05

TP Hồ Chí Minh, 2015

Đồ án tốt nghiệp

LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan rằng, đồ án tốt nghiệp “Khảo sát nâng cao hiệu quả quá trình lên men bioethanol tư vo cacao băng phương pháp SSF” là công trình

nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sơ nghiên cứu lý thuyết,kiến thức và dựa trên sự hướng dẫn của Th.S Trần Thị Tưởng An

Các số liệu sử dụng trong đồ án là trung thực và có nguồn gốc cụ thể, rõ ràng.Nội dung đồ án có tham khảo và sử dụng một số nhận xét, đánh giá tư các tài liệuthông tin được đăng tải trên các sách, tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danhmục tài liệu tham khảo của đồ án

Đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN

Đồ án tốt nghiệp là một cột mốc quan trong trong cuộc đời sinh viên, nó đánhdấu toàn bộ quá trình hoc tập và nghiên cứu ơ giảng đường đại học Để có được điềukiện thực hiện đồ án tốt nghiệp cũng như hoàn thành chương trình hoc 4 năm tạitrường Đại hoc Công Nghệ TP.HCM em đã nhận được những sự chỉ dạy tận tình vớinhững kinh nghiệm quý báu tư quý thầy cô khoa Công nghệ sinh học - Thực phẩm-Môi trường của trường Đại hoc Công Nghệ TP.HCM

Lời đầu tiên em xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại hoc Công NghệTP.HCM, Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ sinh hoc - Thực phẩm - Môi trường cũngnhư tập thể các thầy cô đã giúp đơ và tạo điều kiện cho em được thực hiện đồ ánnày

Đặc biệt, em xin bày to lòng biết ơn sâu sắc đến Th.S Trần Thị Tương An,trường Đại hoc Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh Cô là người đã giúp em đến với hướngnghiên cứu này, đồng thời cũng là người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình,truyền đạt các kiến thức, kinh nghiệm chuyên môn, tạo moi điều kiện thuận lợi để

em hoàn thành tốt đồ án và động viên em trong suốt quá trình em thực hiện đề tàitại phòng thí nghiệm Nhiên liệu sinh hoc và Biomass, Đại hoc Bách Khoa TP.HồChí

Mặc dù đã cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất Song dobuổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa hoc, tiếp cận với thực nghiệm

và máy móc hiện đại cũng như hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm nên không tránhkhoi những thiếu xót Em rất mong được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn đểkiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thực hiệnHồ Thùy Bảo Trân

Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề .1

2 Tình hình nghiên cứu sản xuất bioethanol tư vo trái cacao 2

3 Mục tiêu đề tài 3

4 Nội dung nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Các kết quả đạt được của đề tài 4

7 Kết cấu của đồ án 4

CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 Giới thiệu về Bioethanol 5

1.1.1 Khái niệm 5

1.1.2 Các thế hệ bioethanol 5

1.1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol trên thế giới và Việt Nam 6

1.1.4 Lợi ích, hạn chế và ứng dụng của bioethanol 11

1.1.5 Nguồn nguyên liệu lignocellulose 12

1.2 Quá trình biến đổi bioethanol tư nguyên liệu lignocellulose .13

1.2.1 Quá trình tiền xử lý 14

1.2.2 Quá trình thủy phân .17

1.2.3 Quá trình lên men 17

1.3 Giới thiệu về cây Cacao 22

1.3.1 Tên khoa hoc của cây cacao 22

1.3.2 Thành phần và giá trị dinh dương của vo trái cacao 22

1.3.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cacao ơ nước ta .23

1.4 Tình hình nghiên cứu bioethanol trên thế giới 24

Đồ án tốt nghiệp

1.5 Giới thiệu về nấm men Saccharomyces cerevisiae 26

1.5.1 Phân loại khoa hoc 26

1.5.2 Đặc điểm hình thái 26

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CƯU 27

2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 27

2.2 Đối tượng nghiên cứu 27

2.3 Vật liệu nghiên cứu 27

2.3.1 Vật liệu 27

2.3.2 Dụng cụ và thiết bị 28

2.4 Phương pháp nghiên cứu 28

2.4.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 29

2.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 29

2.5 Các phương pháp phân tích .34

2.5.1 Phương pháp vi sinh .34

2.5.2 Phương pháp hóa lý 36

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VA THẢO LUÂN 42

3.1 Khảo sát giống nấm men 42

3.1.1 Quan sát hình thái nấm men 42

3.1.2 Xây dựng đường cong sinh trương của Saccharomyces cerevisiae .42

3.2 Khảo sát thành phần hóa hoc của vo cacao khô .43

3.3 Khảo sát tiền xử lý với acid oxalic .44

3.4 Thủy phân vo cacao bằng enzyme Viscozym 45

3.5 Khảo sát thời gian lên men sau khi thủy phân (SHF) .47

3.6 Khảo sát thủy phân và lên men đồng thời (SSF) .49

3.6.1 Khảo sát thời gian SSF .50

3.6.2 Khảo sát nhiệt độ lên men SSF 54

3.6.3 Khảo sát tỉ lệ giống bổ sung 56

3.6.4 Khảo sát tỉ lệ enzyme bổ sung .59

3.6.5 Khảo sát ảnh hương của tốc độ khuấy lắc 61

Đồ án tốt nghiệp

3.7 Khảo sát thành phần dinh dương bổ sung trong lên men SSF 63

3.7.1 Khảo sát ảnh hương của nồng độ peptone đến quá trình lên men SSF 63

3.7.2 Khảo sát ảnh hương của nồng độ glucose đến quá trình SSF 65

3.7.3 Khảo sát ảnh hương của K2HPO4 đến quá trình lên men SSF 67

3.7.4 Khảo sát ảnh hương của MnSO4 đến quá trình lên men SSF 68

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VA KIẾN NGHI 71

4.1 Kết luận .71

4.2 Kiến nghị 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Cfu Colony forming unit

HPLC High-performance liquid chromatography

KH và CN Khoa hoc và Công nghệ

MeOH Methanol

PL Phụ lục

PNV Petro Vietnam

S cerevisiae Saccharomyces cerevisiae

SDA Sabouraud’s Dextrose Agar

SDB Sabouraud’s Dextrose Broth

SHF Separate hydrolysis and fermentation

SSCF Simultaneous Saccharification and Co-FermentationSSF Simultaneous Saccharification and FermentionTXL Tiền xử lý

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các thế hệ bioethanol 6

Bảng 1.2 Tổng sản lượng bioethanol hàng năm trên thế giới 7

Bảng 1.3 Danh sách nhà máy bioethanol sinh hoc đang sản xuất 10

Bảng 1.4 Các phương pháp tiền xử lý hóa học 16

Bảng 1.5 Những thuận lợi và bất lợi của phướng pháp tiền xử lý bằng acid .16

Bảng 1.6 Các phương pháp tiền xử lý sinh học 17

Bảng 1.7 Các quá trình lên men 20

Bảng 1.8 Thành phần vo cacao khô 22

Bảng 1.9 Tình hình nghiên cứu bioethanol trên thế giới 25

Bảng 2.1 Bảng thực hiện thí nghiệm lên men SSF 33

Bảng 3.1 Thành phần hóa hoc của vo cacao khô 44

Bảng 3.2 Thành phần hóa hoc của vo cacao khô sau khi tiền xử lí 45

Bảng 3.3 Kết quả thủy phân theo thời gian .46

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Thị phần sản xuất bioethanol sinh hoc trên thế giới 8

Hình 1.2 Thành phần của lignocelluloses .13

Hình 1.3 Sơ đồ chuyển đổi sinh khối lignocelluolose thành bioethanol .14

Hình 1.4 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 26

Hình 2.1 Sơ đồ quá trình thực hiện thí nghiệm……… 29

Hình 3.1 Đặc điểm hình thái của Saccharomyces cerevisiae 42

Hình 3.2 Đường cong sinh trương của S.cerevisiae 42

Hình 3.3 Vo cacao khô 43

Hình 3.4 Sự thay đổi các thành phần theo thời gian lên lên men SHF .48

Hình 3.5 Sự thay đổi các thành phần theo thời gian lên men SSF 51

Hình 3.6 Sự thay đổi các thành phần theo nhiệt độ trong quá trình lên men SSF 55

Hình 3.7 Sự thay đổi các thành phần theo tỉ lệ cấy giống trong lên men SSF 57

Hình 3.8 Sự thay đổi các thành phần theo tỉ lệ enzyme bổ sung trong quá trình lên men SSF 60

Hình 3.9 Sự thay đổi các thành phần theo tốc độ khuấy trong quá trình lên men SSF .62

Hình 3.10 Sự thay đổi các thành phần theo nồng độ pepton bổ sung trong quá trình lên men SSF 64

Hình 3.11 Sự thay đổi các thành phần theo nồng độ glucose bổ sung trong quá trình lên men SSF .66

Hình 3.12 Sự thay đổi các thành phần theo nồng độ K2HPO4 trong quá trình lên men SSF .68

Hình 3.13 Sự thay đổi các thành phần theo nồng độ MnSO4 bổ sung trong quá trình lên men SSF 70

Đồ án tốt nghiệp

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề.

Bioethanol (Ethanol sinh hoc) là một loại nhiên liệu sinh hoc mới đầy hứahẹn se thay thế cho nguồn năng lượng tư các sản phẩm hoá thạch dầu mo mà moingười đang hướng tới nhằm khắc phục cơn khát năng lượng toàn cầu Nó có thểđược sản xuất tư nhiều nguồn nguyên liệu và chất thải sinh hoc khác nhau Nguyênliệu được sử dụng trong sản xuất bioethanol sinh hoc như đậu tương, co, hạt cải, hạtcải dầu, mơ động vật, dầu thực vật, tinh bột và đường được coi là nguyên liệu thế hệđầu tiên Những bất lợi của các nguyên liệu thế hệ đầu tiên là chúng có thể được sửdụng theo cách khác để làm thức ăn cho con người do đó se gây ra sự lo lắng về vấn

đề an ninh lương thực - sự cạnh tranh giữa cây trồng làm nhiên liệu và cây lươngthực

Chính vì vậy, thế giới đang đi theo hướng sản xuất bioethanol tư các nguyênliệu phi thực phẩm có chứa hợp chất cellulose - sinh khối lignocellulose Sử dụngnguyên liệu giàu cellulose hoặc nguyên liệu rẻ tiền chứa nhiều carbohydrate là mộtgiải pháp đang được hướng đến để tránh việc cạnh tranh với nguồn lương thực củacon người

Việt Nam là một quốc gia nằm ơ vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, điềukiện thuận lợi cho sự phát triển của các loài cây trồng, đặc biệt là các loại cây nôngnghiệp có giá trị như cacao Hiện nay ơ Việt Nam đã có nhiều công trình nghiêncứu ứng dụng vo cacao để làm thức ăn chăn nuôi mang lại hiệu quả cao Bên cạnh

đó, vo cacao đã được nghiên cứu trong lĩnh vực sản xuất bioethanol sinh học Dựavào thành phần hóa hoc của vo cacao chủ yếu là cellulose, hemicellulose vàlignin… qua quá trình thủy phân và lên men nhờ vi sinh vật chuyển hoá cellulosetrong vo cacao thành Bioethanol sinh hoc

Vo trái cacao là nguồn phế phẩm nông nghiệp giàu lignocellulose nên có thể

sử dụng để lên men tạo bioethanol rất hiệu quả, tận dụng được nguồn vo phế phẩmvới lượng thải bo hằng năm rất lớn Bên cạnh đó, việc nghiên cứu để tìm ra phươngpháp lên men tốt nhất cho nguồn nguyên liệu này là vấn đề quan trong hàng đầu để

có thể ứng dụng vào sản xuất bioethanol đại trà Với những ưu điểm như rẻ tiền, phổ

Đồ án tốt nghiệp

biến, vo cacao se là một nguồn nguyên liệu tiềm năng trong quá trình nghiên cứu sản xuất bioethanol sinh học

Do những vấn đề nêu trên, nên đây là một loại nguyên liệu có tiềm năng rất lớntrong việc sản xuất bioethanol ơ Việt Nam Nghiên cứu “Khảo sát nâng cao hiệu quả quá trình lên men bioethanol tư vo cacao bằng phương pháp SSF” được đặt ranhằm mục đích sử dụng phương pháp SSF để lên men nguồn phế phẩm vo cacao đểthu bioethanol có hiệu quả cao

2 Tình hình nghiên cứu sản xuất bioethanol tư vo trái cacao.

Hiện nay đã có khá nhiều nghiên cứu lên men bioethanol được tiến hành trêncác nguồn nguyên liệu giàu cellulose như rơm rạ, bã mía, vo trấu,… tiêu biểu lànghiên cứu “Sản xuất bioethanol nhiên liệu tư rơm rạ” (Trần Diệu Lý, 2008), nghiêncứu dựa trên cơ sơ sử dụng các phương pháp vật lý và hóa hoc để xử lý nguyên liệuthô giàu cellulose

Việc định hướng nguyên liệu là cellulose gặp khó khăn về vấn đề kinh tế và

kỹ thuật Nguồn nguyên liệu là rơm rạ hay bã mía hiện đang được tận dụng khá triệt

để trong nông nghiệp và trong các nhà máy sản xuất điện nên việc sản xuấtbioethanol tư các loại nguyên liệu kể trên có vẻ như chưa khả thi lắm Vấn đề tìmnguồn nguyên liệu thay thế khác lại được đặt ra và vo trái cacao (chứa đến43,9 – 45,2% carbohydrate) (Samah et al., 2011) đã được xem sét Vo cacao đãđược sử dụng trước đó nhưng chủ yếu là làm phân bón hữu cơ và thức ăn cho giaxúc Theo báo cáo của Bùi Thanh Bình (2009) thì vo cacao có thành phần dinhdương thích hợp cho việc sản xuất phân bón hữu cơ sinh hoc, việc phối hợp vocacao với phân hữu cơ mang lại hiệu quả vượt bậc Và gần đây nhất là đề tài

“Nghiên cứu khả năng thủy phân vo trái cacao ứng dụng trong sản xuất bioethanolsinh hoc” của Phạm Thiếu Quân, Huỳnh Xuân Phong và Ngô Thị Phương Dung(2013) trường ĐH Cần Thơ đã tìm thấy tiềm năng sản xuất bioethanol sinh hoc tưnguồn phế phẩm nông nghiệp là vo trái cacao

Đồ án tốt nghiệp

3 Mục tiêu đê tài

Khảo sát một số điều kiện trong quá trình thủy phân và lên men đồng thời để tìm ra các thông số cho quá trình lên men bioethanol đạt hiệu quả cao

4 Nội dung nghiên cứu

Khảo sát giống nấm men

Khảo sát một số thành phần hóa hoc của vo cacao

Khảo sát điều kiện tiền xử lý cho vo cacao bằng acid oxalic

Khảo sát thời gian cho quá trình lên men SHF (làm đối chứng cho quá trình SSF)

Khảo sát một số điều kiện cho quá trình lên men SSF, sử dụng Saccharomyces

cerevisiae

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp bố trí thí nghiệm

Phương pháp phân tích

 Phương pháp phân tích sinh hóa

Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi

Xác định hàm lượng tro tổng bằng phương pháp nung ơ nhiệt độ cao

Định lượng đường khử bằng phương pháp Miller

Định lượng cellulose theo phương pháp Kiursher-Hofft

Định lượng hàm lượng lignin theo phương pháp Klasm

Trích ly pectin bằng nước nóng

Xác định nồng độ cồn bằng sắc ký cột long cao áp - HPLC

 Phương pháp xác định mật độ vi sinh

Phương pháp đếm khuẩn lạc và sử dụng đường tương quan tuyến tính giữa giá trị đo OD với mật độ tế bào vi sinh

 Phương pháp xử lý số liệu

Kết quả nhận được là giá trị trung bình của 3 lần lặp lại và ve biểu đồ bằng phần mềm Microsoft Excel

Các số liệu được xử lý bằng chương trình Statgraphics Centurion XV

Đồ án tốt nghiệp

6 Các kết quả đạt được của đê tài

Trong suốt quá trình thí nghiệm đã thu thập được kết quả sau:

Việc sử dụng acid oxalic 5 % khi tiến hành tiền xử lý vo cacao trong thời gian

2 ngày thu được hàm lượng đường trong dịch đạt 14,67 mg/g

Tiến hành thủy phân bằng cellulase 0,5 % và lên men riêng lẻ SHF thu được nồn độ cồn cao 4,64 % sau 30 giờ lên men ơ điều kiện nhiệt độ phòng

Tiếp tục lên men theo phương pháp thủy phân và lên men đồng thời SSF thu được hàm lượng cồn là 5,47 % sau 45 giờ lên men

Khi bổ sung các chất dinh dương như peptone, glucose, K2HPO4 và MnSO4

trong quá trình lên men nồng độ cồn có sự thay đổi

7 Kết cấu của đô án

Đồ án gồm 4 chương

 Chương 1: Tổng quan tài liệu

Giới thiệu về bioethanol cũng như ưu và nhược điểm của các thế hệ hệbioethanol hiện nay, các quá trình biến đổi nguồn nguyên liệu lignocellulose để lênmen bioethanol tư nguồn vo cacao Một số công trình nghiên cứu liên quan về quátrình lên men SHF và SSF

 Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Trình bày nội dung, sơ đồ hóa các bước thí nghiệm, cách bố trí thí nghiệm và các phương pháp tiến hành liên quan đến từng nội dung thí nghiệm

 Chương 3: Kết quả và bàn luận

Trình bày các kết quả đạt được trong suốt quá trình nghiên cứu

 Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN TAI LIỆU 1.1 Giới thiệu vê Bioethanol

1.1.1 Khái niệm

 Ethanol

Ethanol, hay còn gọi được goi bằng các tên khác như rượu Etylic, cồn, Ethylalcohol, Ethyl hydrate, Hydroxyethanol, là một chất hữu cơ thuộc dãy đồng đẳngcủa rượu no đơn chức, có công thức phân tử: C2H5OH hay C2H6O và có công thứccấu tạo:

Ethanol có thể được sản xuất bằng các phương pháp tổng hợp hóa học và phương pháp sinh học Ethanol được sản xuất theo phương pháp sinh hoc, được goi

là bioethanol

 Bioethanol

Bioethanol hoặc đơn giản là “Ethanol sinh học” là một nguồn năng lượng táitạo được tạo ra bằng cách lên men các thành phần đường có trong các phụ phẩmnông nghiệp thông qua hoạt động của nấm men hay các vật liệu có thể chuyển đổithành đường như tinh bột hoặc cellulose tư thực vật nhờ tác dụng của enzyme, màkhông tổng hợp bằng con đường hóa hoc

Quá trình lên men đường tạo thành bioethanol và carbon dioxide

C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2

Trong quá trình sản xuất bioethanol sinh hoc có thể phân thành 2 công đoạn

là công đoạn lên men nhằm sản xuất bioethanol có nồng độ thấp và công đoạn làmkhan để sản xuất bioethanol có nồng độ cao để phối trộn vào xăng

1.1.2 Các thê hệ bioethanol

Hiện nay dựa trên nguồn nguyên liệu sản xuất mà người ta chia bioethanol thànhcác thế hệ khác nhau và được trình bày trong bảng 1.1

Đồ án tốt nghiệp

Bảng 1.1 Các thế hệ bioethanol

Đ

T à

[1]B

[1], [30]

1.1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol trên thê giới và Việt Nam

Brazil sản xuất bioethanol tư mía đường, nước này có diện tích đất canh táctrồng mía cho sản xuất bioethanol lên đến gần 8 triệu ha, 450 nhà máy đường ơBrazil hầu hết đều sản xuất bioethanol Ngành công nghiệp bioethanol ơ Brazilnhận được nguồn lực tài chính khổng lồ và những chính sách công phù hợp, ưu đãikhiến cho sản phẩm xăng sinh học ơ đây có sức cạnh tranh lớn nhất thế giới [25].Phần còn lại được sản xuất tại các nước châu Âu, Australia, New Zealand và ĐôngNam Á, đặc biệt là Trung Quốc, Thái Lan và Ấn Độ

Đồ án tốt nghiệp

EU xếp vị trí thứ 3 về sản lượng bioethanol nhiên liệu sau Hoa Kỳ và Brazil.Nổi lên trong khu vực châu Á, Trung Quốc đang dần khẳng định và trơ thànhnước sản xuất bioethanol lớn trên thế giới với khoảng 2,1 ty lít đã được sản xuất vàonăm 2012 (90 % tư ngô), có mục tiêu tăng trưởng đầy tham vong trong tương laicho bioethanol tư thế hệ thứ hai

Theo báo cáo tư Lux Research thì Chính phủ Trung Quốc đang hỗ trợ rấtnhiều cho ngành công nghiệp nhiên liệu sinh hoc Với bioethanol cao cấp (hay còngoi là bioethanol cellulosic) hiện đang nhận mức trợ cấp lớn nhất là 1,400RMB/tấn Dự kiến năm 2020, Trung Quốc se sản xuất thêm nhiên liệu sinh hoc tổnghợp (E10)

Tư năm 2010 đã có 3 nhà máy ơ Nhật Bản sản xuất bioethanol (tư thân mía

và rơm rạ lúa mì) và cả nước có trên 2,000 trạm bán xăng sinh hoc Trộn 43 % cồnsinh hoc với 57 % khí thiên nhiên để tạo thành ethyl tert-butyl ether (ETBE), lạitrộn với

90 % xăng để tạo thành xăng sinh hoc Nhờ đó mà CO2 thải ra rất ít, có lợi lớn chomôi trường

Tại Ấn Độ một chương trình bioethanol dã kêu goi người dân sử dụng xăngE5 trên cả nước, tiến tới sử dụng xăng E10 và E20

Trong khu vực Đông Nam Á, Thái Lan là quốc gia phát triển rất nhanh về sảnxuất và sử dụng xăng pha cồn sản xuất tư phế phẩm của sắn, hạt ngô, cây ngô,đường, bã mía Xăng E10 đã bán tại các trạm xăng ơ Thái Lan tư năm 2003 Năm

2004, Thái Lan đã sản xuất trên 280.000 m3 cồn, đầu tư thêm 20 nhà máy để năm

2015 có trên

2,5 ty lít cồn dùng làm nhiên liệu

Bảng 1.2 Tổng sản lượng bioethanol hàng năm trên thế giới (đv triệu Gallon Mỹ) Q

69

75

1,

1,

22,

21,8

23,24,

Đồ án tốt nghiệp

“Nguồn: F.O Licht, cited in Renewable Fuels Association, Bioethanol Industry Outlook 2008-2014”

Đồ án tốt nghiệp

Theo tổ chức FAO cho biết đến năm 2022, sản lượng bioethanol thế giới dựbáo tăng khoảng 70 % so với mức trung bình của giai đoạn 2010 - 2012 và tăngkhoảng 4 % /năm đạt mức 168 ty lít Ba quốc gia sản xuất bioethanol chính vẫn làHoa Kỳ, Brazil và Châu Âu Tính đến năm 2022, nguyên liệu đầu vào để sản xuấtnhiên liệu sinh hoc dự kiến tăng như sau: mía đường – 29 %, dầu thực vật – 15 % vàngũ cốc thô – 12 %

Tại Hoa Kỳ, tổng sản lượng nhiên liệu sinh học theo yêu cầu của chính phủ

se được duy trì lên tục trong suốt kỳ dự báo, theo đó 40 % tổng sản lượng ngô seđược sử dụng để sản xuất bioethanol Lượng xe hơi lưu hành tại Brazil gia tăngđồng nghĩa với nhu cầu sử dụng nhiên liệu tăng, trong đó có bioethanol

Dự báo đến năm 2022, sản lượng bioethanol sinh hoc của các nước đang pháttriển tăng khoảng 2/3, tróng đó Brazil chiếm 80 % và 20 % còn lại thuộc về Ấn Độ

và Trung Quốc Gần 50 % lượng bioethanol do Ấn Độ và Trung Quốc sản xuất seđược tiêu thụ tại thị trường trong nước Sản lượng bioethanol của Ấn Độ đến năm

2022 dự kiến se tăng gấp đôi, với nguyên liệu chính tư mật đường Bioethanol tạiTrung Quốc chủ yếu được sản xuất tư sắn và lúa miến trong khi ngô bị hạn chế sửdụng cho mục đích công nghiệp vì vấn đề an ninh lương thực (xem hình 1.1)

Hình 1.1 Thị phần sản xuất bioethanol sinh hoc trên thế giới

Sản lượng tính theo giá trị % của các nước trong năm 2022 [31]

Tư sau năm 2000 đã có một số xí nghiệp, công ty, đơn vị nghiên cứu tổ chứcsản xuất nhiên l i ệu s in h h oc dưới dạng pilot như công ty Minh Tú (Cần Thơ), ĐHBách khoa TP Hồ Chí Minh, Viện Hóa Công Nghiệp Hà Nội, Viện k hoa hoc Vậtliệu Ứng dụng TPHCM… được dư luận quan tâm Tư đó các khái niệm sản xuấtnhiên liệu sinh hoc, bioethanol cũng dần rõ ràng và cụ thể hơn.

Ngày 20/11/2007, "Đề án phát triển nhiên liệu sinh hoc đến năm 2015, tầmnhìn đến năm 2025" đã được Thủ tướng Chính phủ ký quyết định số177/2007/QĐ-TTG với mục tiêu phát triển năng lượng, một dạng năng lượng mới, tái tạo đượcthay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninhnăng lượng và bảo vệ môi trường Đến năm 2015, sản lượng bioethanol sinh hoc vàdầu thực vật đạt 250 nghìn tấn, đáp ứng 1 % nhu cầu xăng dầu của cả nước Và tầmnhìn đến năm 2025, công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh hoc ơ nước ta đạt trình độtiên tiến trên thế giới Sản lượng bioethanol và dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đápứng khoảng

5 % nhu cầu xăng dầu của cả nước [28]

Để thực hiện chiến lược này, PetroVietNam dự kiến tư 2011 đến 2015 se đưa

3 nhà máy bioethanol s inh h oc ơ Quảng Ngãi, Phú Thọ, Bình Phước vào hoạt độngvới tổng công suất 230,000 tấn/năm và tư sản phẩm này se pha thành nhiên liệu E5 -E10, đáp ứng khoảng 20 % tổng nhu cầu tiêu thụ xăng s i nh h oc cả nước

Theo TS Nguyễn Phú Cường, Phó Vụ trương Vụ KH&CN Bộ Công Thươngcho biết tính đến tháng 3/2012, cả nước có 5 nhà máy sản xuất bioethanol nhiên liệu

đi vào hoạt động ổn định với công suất thiết kế đạt khoảng 435,000 triệu lítbioethanol/năm (bảng 1.3) Trong số 4 nhà máy đang hoạt động mới chỉ có 03 nhàmáy của Công ty CP Đồng Xanh, Cty TNHH Tùng Lâm và Công ty CP Nhiên liệu

Đồ án tốt nghiệp

sinh hoc miền Trung là sản xuất được bioethanol nồng độ 99,5 % đạt tiêu chuẩn để pha xăng sinh hoc

Sản phẩm được tiêu thụ trong nước khoảng 20 % để phối trộn xăng E5 vàbán theo hệ thống phân phối của Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam (PVN) Phầncòn lại khoảng 80 % sản lượng sản xuất trong năm 2011 được xuất khẩu cho cácnước như Nhật Bản, Hàn Quốc, Philippine ơ dạng 99,5 % và 96 % bioethanol

Sản xuất nh i ên li ệ u s in h h oc bioethanol ơ Việt Nam cũng được nhiều đối tácnước ngoài rất quan tâm Đáng chú ý trong số này là các Dự án JICA - Nhật Bản hỗtrợ Việt Nam nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh hoc sử dụng các loại phế phẩm bãmía, rơm rạ, dự án do Chính phủ Hà Lan tài trợ sử dụng trấu, vo cà phê, trái điều, vođiều, rong biển; chương trình tổng thể về nghiên cứu và phát triển nhiên liệu sinhhoc ơ Việt Nam của Hàn Quốc sản xuất diesel sinh hoc và các hóa c hâ ́ t tinh khiếtthân thiện với môi tr ư ờ n g tư dầu thực vật

Bảng 1.3 Danh sách nhà máy bioethanol sinh hoc đang sản xuất

Đan5

t

“Nguồn: Khoa học và công nghệ, số 9 – 08/2012”

Đồ án tốt nghiệp

1.1.4 Lợi ích, hạn chê và ưng dụng của Bioethanol

Bioethanol có một vài lợi ích và hạn chế như:

1.1.4.1 Lợi ích

 Về môi

trường

Bioethanol có nguồn gốc tư thực vật không đóng góp vào quá trình phát thải

CO2 - khí nhà kính Hàm lượng các khí thải độc hại khác như CO, SOx,

hydrocarbon…đều giảm đi đáng kể khi sử dụng năng lượng sinh hoc

 Nguồn nhi ên li ệu t ái

 Phát triển kinh tế nông

1.1.4.2 Hạn chê của Bioethanol

Hạn chế chủ yếu của bioethanol khi làm nhiên liệu là tính hút ẩm Bioethanol

có khả năng hút ẩm và hòa tan vô hạn trong nước cao nên cần phải được tồn trữ vàbảo quản đặc biệt

 Về mặt kỹ

thuật

Đồ án tốt nghiệp

Do nhiệt trị của bioethanol (PCIbioethanol = 26,8 MJ/kg) và các loại ancol khácđều thấp hơn so với xăng (PCIxăng = 42,5 MJ/kg) nên khi dùng bioethanol để phatrộn

Đồ án tốt nghiệp

vào xăng se làm giảm công suất động cơ so với khi dùng xăng Tuy nhiên sự giảm công suất này là không đáng kể nếu ta pha với số lượng ít

Mặt khác, để sử dụng được xăng có nồng độ ethanol cao, một số xe cần phải cải biến

 Khả năng phát triển

Tại thời điểm hiện tại, công nghệ sản xuất cồn sinh hoc tư các nguồn biomass như lignocellulose chưa đạt được hiệu suất tốt và giá thành còn cao

1.1.4.3 Ứng dụng

Bioethanol chủ yếu được ứng dụng trong pha chế xăng sinh học, có thể được

sử dụng dưới dạng nguyên chất (E100) hoặc pha với xăng có nguồn gốc dầu mo ơbất kì ty lệ nào để chạy động cơ xăng Nếu ty lệ pha trộn dưới 10 % bioethanol thìkhông cần thay đổi các động cơ xe thông thường Bioethanol là nhiên liệu có chỉ sốoctan cao và đã thay thế chì như một chất tăng chỉ số octan trong xăng dầu Bằngcách pha trộn bioethanol với xăng, đốt cháy hoàn toàn hơn và giảm lượng khí thảigây ô nhiễm

1.1.5 Nguồn nguyên liệu lignocellulose

Sinh khối lignocellulose là thành phần chủ yếu của thành tế bào thực vật, baogồm các polysaccharide chủ yếu là cellulose, hemicellulose (xylan) và lignin, trong

đó cellulose và hemicellulose chiếm tỉ lệ cao nhất Cellulose chiếm phần lớn,khoảng tư 35 % đến 50 % khối lượng khô thực vật, còn hai hợp chất, hemicellulose

và lignin lần lượt chiếm khoảng 20 – 30 % và 5 - 20 % khối lượng khô của cơ thểthực vật (xem hình 1.2)

Trong lignocellulose, cellulose tạo thành khung chính và được bao boc bơinhững chất có chức năng tạo mạng lưới như hemicellulose và kết dính như lignin.Cellulose, hemicellulose và lignin sắp xếp gần nhau và liên kết cộng hóa trị vớinhau Cellulose là một chuỗi polysaccharide dài gồm các đơn vị D-glucose, liên kếtbằng β-1,4 glycoside, cấu trúc của nó có phần tinh thể và những phần vô định hình

Hemicellulose là một mạng lưới polyme phức tạp, phân nhánh và khôngđồng nhất, có chứa đường 5 carbon như xylose và arabinose, 6 carbon như glucose,mannose và galactose Nó có trong lượng phân tử thấp hơn cellulose và vai trò của

nó là để kết nối các sợi lignin và cellulose

Đồ án tốt nghiệp

Lignin là một polymer vô định hình do các hợp chất phenolic khác nhau tạothành và là thành phần chính của thành tế bào thực vật Nó giữ cho sợi cellulose vàhemicellulose liên kết với nhau, tăng độ cứng vững và chống thấm cho tế bào

Hình 1.2 Thành phần của lignocelluloses.

1.2 Quá trình biến đổi bioethanol tư nguyên liệu lignocellulose.

Quá trình biến đổi bioethanol tư nguyên liệu lignocellulose được trình bày tóm lượctrong hình 1.3

Về nguyên tắc, quá trình lên men bioethanol tư các nguồn nguyên liệu chứacellulose cũng giống như tư tinh bột hay rỉ đường Bao gồm bốn bước cơ bản:

 Tiền xử lý nguyên liệu

 Thủy phân nguyên liệu

 Lên men bioethanol

Tinh chế sản phẩm (chưng cất, tách nước, bốc hơi, tách long rắn) tùy vàonồng độ cồn mà có phương pháp tinh chế khác nhau Chủ yếu dựa vào kỹ thuật côngnghệ hóa hoc nên trong giới hạn của đề tài xin được không trình bày phần này

Đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp

Lignin

CellulosHemicellulosTiền xử lý

LigninCellulases Hemicellulases

Thành phần của nguyên liệu lignocellulose chứa chủ yếu là cellulose, lignin

và hemicellulose Để chuyển hóa các chất carbohydrate (cellulose và hemicellulose)trong lignocellulose thành bioethanol, các polymer phải bị bẻ gãy thành những phân

tử đường nho hơn trước khi vi sinh vật có thể hoàn tất quá trình chuyển hóa nênbước tiền xử lý là bắt buộc Tiền xử lý se thay đổi cấu trúc và kích thước của sinhkhối, cũng như thành phần hóa hoc của nó, sao cho quá trình thủy phân cáchydrocarbon thành các loại đường đơn diễn ra nhanh chóng và đạt hiệu quả cao.Mục đíc h :

- Loại bo lignin và hemicellulose, giảm kích thước vi sợi cellulose

- Tăng vùng vô định hình của cellulose

- Tăng kích thước lỗ xốp trong cấu trúc sợi biomass

- Phá vơ sự bao boc của lignin và hemicellulose đối với cellulose

Các phương pháp tiền xử lý :

 Các phương pháp tiền xử lý cơ hoc

Các phương pháp thuộc nhóm này không sử dụng hóa chất trong quá trình xử

lý Gồm các phương pháp như: nghiền nát, rọi bằng những bức xạ năng lượng cao,

xử lý thủy nhiệt và nổ hơi… Trong đó phương pháp nổ hơi là phương pháp đãđược phát triển, áp dụng trên quy mô pilot

 Các phương pháp tiền xử lý hóa hoc

Sử dụng tác động của hóa chất trong quá trình tiền xử lý

Một số phương pháp tiền xử lý bằng hóa chất được trình bày trong bảng 1.4

Có khá nhiều phương pháp tiền xử lý, thường dùng nhất là phương pháphóa hoc sử dụng base, acid vô cơ, đôi khi kết hợp phương pháp hóa hoc vớiphương pháp vật lý: Sử dụng acid kết hợp với nhiệt độ,… Phương pháp hiệu quảtrên một lượng cơ chất lớn, đáp ứng khá đầy đủ các yêu cầu như tăng độ xốp,giảm kết tinh, giảm độ trùng hợp, hòa tan lignin và đường hóa hemicelluloses.Tuy nhiên, phương pháp này cũng để lộ khá nhiều nhược điểm (bảng 1.5) cầnđược trung hòa và loại độc dịch trước khi lên men

“Nguồn: Alessandra Verardi, 2012”

Bảng 1.5 Những thuận lợi và bất lợi của phướng pháp tiền xử lý bằng acid vô cơ

 Pháp tiền xử lý sinh học

Bảng 1.6 Các phương pháp tiền xử lý sinh học

1.2.2 Quá trình thủy phân.

Ơ quá trình thủy phân, đường đơn se được tạo ra bằng việc phân cắt các mắc xíchcủa cellulose, trước khi chúng được lên men sản xuất rượu

Các phương pháp thủy phân:

 Thủy phân bằng acid ( acid đặc hoặc acid loãng)

Quá trình thủy phân theo các bước sau:

Bước 1: Acid xâm nhập vào mạng lưới các vi sợi biomass

Bước 2: Xúc tác quá trình thủy phân

Bước 3: Giới hạn quá trình thủy phân

 Thủy phân bằng enzyme

Các giai đoạn enzyme tác dụng lên cellulose:

Bước 1: Hấp phụ enzyme lên bề mặt cellulose

Bước 2: Enzyme thủy phân cellulose giải phóng glucose

1.2.3 Quá trình lên men

1.2.3.1 Các phương pháp lên men

Trong quá trình lên men, các sản phẩm của quá trình thủy phân bao gồmđường hexose (glucose, mannose và galactose) và pentose (xylose và arabinose) se

được lên men thành bioethanol nhờ nấm men S cerevisiae , tổ hợp nhiều loại nấm men hoặc vi khuẩn (Zymomonas mobilis) Bản chất của quá trình lên men là quá

trình oxy hóa khử diễn ra trong cơ thể sinh vật dưới tác động của hệ thống enzyme.Cho nên, người ta goi quá trình lên men là quá trình oxy hóa sinh hoc

Bước cuối để biến đổi sinh khối lignocellulose thành bioethanol có thể đượcthực hiện một cách độc lập (SHF) hoặc đồng thời (SSF) (Xem bảng 1.7)

 Phương pháp thủy phân và lên men riêng lẻ (SHF).

Các sản phẩm thủy phân se được lên men để sản xuất bioethanol trong một quátrình riêng

- Dễ nhiễm các vi sinh vật khác do thời gian ủ dài ơ quá trình thủy phân

 Phương pháp thủy phân và lên men đồng thời (SSF)

Các sản phẩm cuối của quá trình thủy phân se được trực tiếp chuyển đổi thành

bioethanol ngay nhờ vi sinh vật

Ưu

đi ể m :

- Tăng tỉ lệ thủy phân và giảm sự ức chế ngược khi sản phẩm tạo thành

- Giảm lượng enzyme dùng cho quá trình

- Cho hiệu suất bioethanol cao

- Đòi hoi điều kiện vô trùng thấp

- Thời gian ngắn

- Cơ chất thủy phân không hoàn toàn nên lượng đường do cellulase tạo ra chỉ

đủ để cho nấm men tăng trương hơn là việc lên men đường sinh bioethanol

 Phương pháp thủy phân và lên men đồng thời sử dụng kết hợp nhiều chủngvi

sinh vât (SSCF)

Nói chung, việc sản xuất bioethanol tư nguồn cellulose bao gồm ba bước nhưđường hóa các thành phần của cellulose, lên men hexose, và lên men pentose Cácquá trình này được kết hợp với nhau để đơn giản hóa các bước và tăng cường sảnlượng bioethanol

SSF là quá trình đồng thời đường hóa các thành phần của cellulose và lênmen hexose nhưng không diễn ra quá trình lên men pentose

CF là đồng lên men của hexose và pentose

Như vậy SSCF là quá trình cùng lúc đường hóa các thành phần của cellulose

và lên men đường 5 carbon và 6 carbon nhờ nhiều chủng vi sinh vật

Các vi sinh vật thường được áp dụng để sản xuất bioethanol sinh hoc không thể sử

dụng tất cả các nguồn đường có nguồn gốc tư quá trình thủy phân Ví dụ S.

cerevisiae không thể sử dụng pentose, và điều này se làm lãng phí sinh khối và làm

giảm sản lượng bioethanol sinh hoc Do đó trong SSCF se sử dụng kết hợp cácchủng vi sinh có khả năng sử dụng đường 5 carbon và chủng có khả năng sử dụngđường 6 carbon Ưu đi ể m :

- Cải tiến của phương pháp SSF

- Chi phí thấp, thời gian xử lý ngắn, giảm nguy cơ ô nhiễm và tác dụng ức chế ít

- Hiệu suất lên men bioethanol cao và lên men được cả đường 5 carbon và 6carbon

Nh

ư ợc đi ể m :

- Nhiệt độ cho quá trình thủy phân enzyme và lên men bioethanol khác nhau đáng

kể, làm cho việc tối ưu hóa đồng thời hai hoạt động rất khó

- Quá trình SSCF phải được vận hành ơ nhiệt độ thấp hơn để phù hợp tăng trươngcủa vi khuẩn và lên men bioethanol

Bảng 1.7 Các quá trình lên men

1.2.3.2 Các giống vi sinh vật trong lên men bioethanol.

Nấm men là đối tượng chủ yếu trong lên men rượu nói chung Tế bào nấmmen có dạng hình ovan, sinh sản bằng cách nảy chồi hay tạo bào tử, sống kị khíkhông bắt buộc, có khả năng lên men các loại đường khác nhau Trong điều kiệnhiếu khí, nấm men oxy hóa hoàn toàn đường thành CO2 và H2O, gia tăng sinh khối,ngược lại trong điều kiện kị khí, nấm men se không tăng sinh khối vì không tổnghợp được sterol cần cho cấu trúc tế bào, nấm men tiến hành lên men đường để thunăng lượng

Không giống như đường và nguyên liệu tinh bột thông thường, khi thủy phânsinh khối lignocellulose se cho số lượng đáng kể các loại đường pentose như xylose

và arabinose, ngoài ra còn có đường hexose như glucose, mannose và galactose

Tuy nhiên, nhiều loại nấm men như Saccharomyces cerevisiae không thể lên

men các loại đường pentose thành bioethanol hiệu quả Nếu chỉ đường hexose tưsinh khối lignocellulose được lên men, với các loại đường pentose bo lại phía sau,thì việc tiêu thụ nguyên liệu cho sản xuất bioethanol sinh hoc se bị hạn chế, chohiệu suất thấp và gây lãng phí nguồn nguyên liệu

 Nấm men và vi khuẩn sư dụng đường 6 carbon để lên

men

Saccharomyces cerevisiae là một loài nấm men được biết đến nhiều nhất có

trong bánh mì nên thường goi là men bánh mì Đây là một loại vi sinh vật thuộc chiSaccharomyces, lớp nấm nang (Ascomycetes), ngành nấm Loài này có thể xem làloài nấm hữu dụng nhất trong đời sống con người tư hàng ngàn năm trước đến nay

Nó được dùng rộng rãi trong quá trình lên men làm bánh mì, rượu và bia

Trong quá trình thủy phân cellulose có tạo ra đường 5 carbon - xylose thì chủng menSaccharomyces cerevisiae không thể sử dụng để lên men tạo bioethanol nên hiệusuất tạo bioethanol không cao

Vi khuẩn Zymomonas mobilis là vi khuẩn Gram âm, kị khí tùy nghi có thể lên

men glucose thành bioethanol và CO2 Ngoài ra, Z mobilis có thể chịu được nồng

độ cao như 120 g/L bioethanol, cao hơn nhiều so với các vi khuẩn khác, và sinh khốicủa nó thường được công nhận là an toàn (GRAS) cho thức ăn gia súc, làm cho loàinày thích hợp cho kỹ thuật chuyển hóa với khả năng lên men pentose

 Nấm men và vi khuẩn sư dụng đường 5 carbon để lên

men

Nấm men Pichia amomala thuộc ho nấm men và có khả năng sử dụng glucose

và xylose để chuyển hóa thành bioethanol tăng hiệu suất cho quá trình lên men

1.3 Giới thiệu vê cây Cacao

1.3.1 Tên khoa học của cây cacao

Theo phân loại của hệ t hống A P G II thì cây cacao thuộc phân ho B y t t nerioide a ecủa ho C ẩ m q u ỳ ( Malvaceae)

Giới (regnum): P l antae

Loài (species): T cacao

Danh pháp hai phần: Theobroma cacao L

1.3.2 Thành phần và giá trị dinh dưỡng của vỏ trái cacao

Những nghiên cứu khoa hoc đã và đang được thực hiện đều hướng đến sựphát triển bền vững của xã hội Một trong những sự phát triển bền vững đó là sửdụng nguồn cung cấp đường tư vo cacao chuyển hóa vi sinh để tạo ra bioethanolsinh hoc Điều đó se giải quyết các vấn đề về ô nhiễm môi trường và chất thải nôngnghiệp

Bảng 1.8 Thành phần vo cacao khô

Thành phần Trung bình (% trong lượng khô)Celluloses 35,4 ± 0,33

Hemicelluloses 37,0 ± 0,50Lignin 14,7 ± 0,35Tro 12,3 ± 0,23

“Nguồn: Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 2013”.

1.3.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cacao ở nước ta.

Cây cacao đã du nhập vào Việt Nam tư lâu và được trồng rải rác ơnhiều vùng địa lý khác nhau tư đồng bằng sông Cửu Long đến cao nguyênNam Trung bộ Vì nhiều lý do khác nhau, trước đây cacao ơ Việt Nam chưabao giờ được trồng đến quy mô lớn Vào thập niên 80, với sự khuyến khíchcủa Nhà Nước, cacao được trồng rộng rãi ơ các tỉnh miền Trung và miền Nam.Tuy nhiên vào thời điểm đó, các doanh nghiệp Nhà Nước hỗ trợ cho chươngtrình này không xây dựng được một kênh thu mua và thị trường cho sản phẩmnên toàn bộ ngành sản xuất cacao đã sụp đổ

Năm 2005, Ban Điều phối Phát triển Cacao Quốc gia được Bộ Nông Nghiệp

và Phát Triển Nông Thôn thành lập nhằm giúp Bộ định hướng phát triển cho ngànhcacaoViệt Nam Cũng trong năm 2005, Bộ KH và CN cũng đã ban hành Tiêu chuẩnhạt cacao Việt Nam nhằm giúp người sản xuất có cơ sơ để sản xuất hạt cacao chấtlượng cao Năm 2006, lần đầu tiên 8 dòng cacao thương mại trong bộ giống doTrường Đại học Nông lâm TP.HCM khảo nghiệm được Bộ NN và PTNT côngnhận và cho phép trồng rộng rãi trên toàn quốc Đây là 2 sự kiện có ý nghĩa vềmặt pháp lý để cacao trơ thành cây trồng chính trong hệ thống canh tác ơ ViệtNam

Việt Nam có hơn 20500 ha cacao, trong đó gần 7000 ha thu hoạch, sản lượngtrên 4800 tấn/năm Có 15 tỉnh trồng Cacao, chủ yếu là vùng đồng bằng sông CửuLong (Bến Tre, Tiền Giang, Vĩnh Long, Trà Vinh, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Cần Thơ),Đông Nam Bộ (Bà Rịa – Vũng Tàu, Đồng Nai, Bình phước, Bình Thuận), TâyNguyên ( Đắc Lắc, Đắc Nông, Lâm Đồng, Gia Lai) và một số tỉnh duyên hải NamTrung Bộ Trong đó, Đồng bằng sông Cửu Long có diện tích cây Cacao lớn nhất(khoảng 12,100 ha), Tây Nguyên (4,500ha), Đông Nam bộ (3,400 ha) Cacao ViệtNam cho năng suất hơn 7 tạ hạt/ha, mỗi vụ cho sản lượng khoảng 4,900 tấn/ha Gầnđây, đầu ra của hạt cacao Việt Nam rất thuận lợi, có hàng chục doanh nghiệp trong

và ngoài nước chuyên thu mua với giá trên 50 nghìn đồng/kg Đặc biệt, cả nước cóhơn 600 hộ dân trồng 541 ha cây cacao đạt tiêu chuẩn UTZ (tiêu chuẩn Quốc tếchứng

nhận sản xuất tốt) Trong năm 2011, cả nước đã xuất khẩu được 240 tấn hạt cacao,đạt kim ngạch xuất khẩu 520 nghìn USD So với nhiều loại cây ăn quả khác, cacaodễ trồng, thích nghi với nhiều loại đất khác nhau, thường thì sau 18 tháng trồng câycacao bắt đầu cho trái.

Tiền Giang có 5 huyện là: Chợ Gạo, Gò Công Tây, Tân Phú Đông, Châu Thành

và thành phố Mỹ Tho đã trồng loại cây này và đang phát huy hiệu quả Giữa tháng11/2011, 147 ha cây cacao của các nhà vườn tại huyện Chợ Gạo được tổ chứcHELVETAS (Thụy sĩ) cấp giấy chứng nhận UTZ

Theo kế hoạch phát triển cacao thì đến năm 2015 diện tích cacao của

cả nước se là 60,000 ha với sản lượng hạt khô khoảng 52,000 tấn và đến năm

2020 diện tích se đạt 80,000 ha, sản lượng 108,000 tấn Tuy nhiên, tính đếntháng 11/2009, cả nước mới chỉ trồng được 12,207.6 ha cacao tại 17 tỉnh ơMiền Đông Nam Bộ và Tây Nguyên với sản lượng hàng năm khoảng 1,000tấn Các tỉnh trồng nhiều cacao hiện nay là Bến Tre 4,900 ha, Đăk Lăk 1,483

ha, Bình Phước 1,360 ha, Tiền Giang 1,335.7 ha…

Hiện nay, lượng vo trái cacao sau khi thu hoạch hạt một phần được nôngdân làm thức ăn cho gia súc, phơi khô để đốt, một phần được bón lại trực tiếpcho cây cacao còn phần lớn được thải bo ra ngoài sông, là nguồn gây ô nhiễmmôi trường rất lớn

Với khối lượng vo chiếm khoảng 60 % khối lượng trái cacao, thì đây làmột lượng nguyên liệu rất lớn nếu ta biết tận dụng để sản xuất các sản phẩmnhư thức ăn gia súc, phân bón hữu cơ hay sử dụng vo cacao để chuyển hóa thànhrượu bioethanol sử dụng làm nhiên liệu sinh hoc là tiềm năng tương lai cho ngànhnăng lượng xanh ơ nước ta khi bước tới trơ thành một nước phát triển

1.4 Tình hình nghiên cứu bioethanol trên thế giới

Tình hình nghiên cứu về biothenol tư các nguồn nguyên liệu khác nhau trên thế giớiđược trình bày trong bảng 1.9

Bảng 1.9 Tình hình nghiên cứu bioethanol trên thế giới

[18]2

[13]2

[192

[1

n

g

[11

[15]2

[ 8]2

[212

u

[16

1.5 Giới thiệu vê nấm men Saccharomyces cerevisiae

1.5.1 Phân loại khoa học

Danh pháp hai phần: Saccharomyces cerevisiae

1.5.2 Đặc điểm hình thái

Tế bào nấm men Saccharomyces cerevisiae có dạng hình cầu hay hình trứng,

có kích thuớc tư 5 - 6 µm đến 10-14 µm, sinh sản bằng cách tạo chồi và tạo bào tử.Nguồn dinh dương carbon chủ yếu của chúng là đường glucose, galactose,saccharose, maltose Chúng sử dụng acid amin và muối amon như nguồn nitơ chính

Saccharomyces cerevisiae có đặc điểm:

Nấm men chỉ phát triển trong môi trường lên men, cường lực lên men rấtnhanh và mãnh liệt Đặc điểm nổi bậc của nấm men này là sinh ra nhiều khí CO2,

một số giống Saccharomyces có chứa enzyme α - galactosidase nên lên men hoàn

toàn đường rafinose, còn đối với một số khác thì một số ít chủng có khả năngchuyển hóa đường rafinose thành CO2 và H2O và chỉ chuyển hóa được 1/3 đườngrafinose

Hình 1.4 Nấm men Saccharomyces cerevisiae

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CƯU2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

Thời gian thực hiện đề tài: tư 25/5/2015 đến ngày 15/8/2015

Địa điểm: Phòng thí nghiệm nhiên liệu sinh học và Biomass, trường ĐH Bách KhoaTP.HCM

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Các nghiên cứu được thực hiện trên nguyên liệu vo cacao, được cung cấp bơiHợp tác xã cacao Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang

Cacao được chọn là trái đã chín, vo cacao tươi được sấy khô rồi nghiền nho,sàng thu dạng bột để tiến hành lên men tạo bioethanol

2.3 Vật liệu nghiên cứu

2.3.1 Vật liệu

 Vi sinh: Saccharomyces cerevisiae trong bộ sưu tập ATCC của Hoa Kỳ

 Enzyme: Viscozym cassava của công ty BrennTag cung cấp

 Hóa chất: