Tối ưu hóa quá trình tiền xử lý bã mía bằng axit formic phục vụ cho sản xuất ethanol sinh học

Mục tiêu chính trong nghiên cứu này là tối ưu các điều kiện của quá trình tiền xử lý bã mía nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi cellulose phục vụ cho mục đích thủy phân cellulose bã mía bằng enzyme, thu hồi glucose cho lên men sản xuất ethanol sinh học. Nghiên cứu sử dụng nguyên liệu là bã mía, với phương pháp xác định thành phần hữu cơ trong bã mía, thủy phân phân đoạn bã mía, tối ưu hóa các điều kiện phân đoạn bằng phương pháp đáp ứng bề mặt, chụp FESEM và xử lý số liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tối ưu hóa quá trình tiền xử lý bã mía bằng axit formic phục vụ cho sản xuất ethanol sinh học NGHIÊN CỨUTỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH TIỀN XỬ LÝ BÃ MÍA BẰNG AXIT FORMICPHỤC VỤ CHO SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌCNGUYỄN THỊ PHƯƠNG MAI1*, KIM THẢO HƯƠNG1,2, ĐỖ THỊ THẢO LINH1,NGUYỄN NHƯ YẾN1, NGUYỄN PHƯƠNG TÚ11 Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội2 Công ty TNHH Một thành viên NXB Tài nguyên - Môi trường và Bản đồ Việt NamTóm tắt:Tiền xử lý phân đoạn bã mía bằng axit formic với mục đích tách các thành phần hemicellulose và ligninnhằm thu hồi nguồn cellulose tinh khiết phục vụ cho sản xuất ethanol sinh học. Mục tiêu chính trongnghiên cứu này là tối ưu các điều kiện của quá trình tiền xử lý bã mía nhằm nâng cao hiệu suất thu hồicellulose phục vụ cho mục đích thủy phân cellulose bã mía bằng enzyme, thu hồi glucose cho lên men sảnxuất ethanol sinh học. Nghiên cứu sử dụng nguyên liệu là bã mía, với phương pháp xác định thành phầnhữu cơ trong bã mía, thủy phân phân đoạn bã mía, tối ưu hóa các điều kiện phân đoạn bằng phương phápđáp ứng bề mặt, chụp FESEM và xử lý số liệu. Ma trận thực nghiệm với ba biến số độc lập được thiết kế đểnghiên cứu tác động đồng thời đến khả năng loại bỏ lignin và hiệu suất thu hồi cellulose. Kết quả nghiêncứu cho thấy, mô hình đáp ứng bề mặt có giá trị R2 tương ứng đến khả năng loại bỏ lignin, hiệu suất thuhồi cellulose đều đạt từ 0,90 đến 0,99% với giá trị p tương ứng là 0,0028 và < 0,0001, điều kiện được tối ưuở 1300C, nồng độ axit formic 80% trong thời gian 50 phút cho kết quả loại bỏ lignin đạt 85,4% và hiệu suấtthu hồi cellulose là 90,5%. Quan sát trên kính hiển vi điện tử quét (FESEM) cũng đã làm nổi bật nhữngthay đổi vật lý trong cấu trúc sợi cellulose, kết quả này thể hiện sự phù hợp với các điều kiện phân đoạn.Từ khóa: Bã mía, tiền xử lý, phương pháp đáp ứng bề mặt, khả năng loại bỏ lignin, hiệu suất thu hồi cellulose.Ngày nhận bài: 3/6/2024; Ngày sửa chữa: 30/6/2024; Ngày duyệt đăng: 19/7/2024.Optimizing the pre-treatment process of bagassewith formic axit for bioethanol productionAbstract:Pre-treatment of bagasse by acid formic aims at separating hemicellulose and lignin components to recoverthe pure cellulose source for bioethanol production. The main objective of this research is to optimize theconditions of bagasse pretreatment to improve cellulose recovery efficiency for the enzymatic hydrolysisof bagasse cellulose, glucose recovery for fermentation to produce bioethanol. The research used bagasseas raw material, with the method of determining organic components in bagasse, hydrolyzing bagasse insegments, optimizing conditions of segments by response surface method, Field Emission Scanning ElectronMicroscopy (FESEM) and data processing. The experimental matrix with three independent variables wasdesigned to study the simultaneous impacts on lignin removal and cellulose recovery efficiency. The resultsshow that the response surface model has R2 values that are related to the lignin removal ability and celluloserecovery efficiency ranging from 0.90 to 0.99% with corresponding p values of 0.0028 and lower than 0.0001,optimized conditions at 130oC, formic acid concentration of 80% in 50 minutes resulted in lignin removal of85.4% and cellulose recovery efficiency of 90.5%. Observing with FESEM also highlighted physical changes inthe cellulose fiber structure, this result is consistent with the segment conditions.Keywords: Bagasse, pre-treatment, response surface method, lignin removed, cellulose recovery efficiency.JEL Classifications: Q57, N53, N54.1. ĐẶT VẤN ĐỀ polyme sinh học chính: (1) cellulose, được biết đến là Nguồn nhiên liệu hóa thạch hiện nay đã bị khai thác thành phần hữu cơ chính của D-glucose, liên kết bởi cácvà sử dụng cạn kiệt, hướng sự quan tâm của các nhà khoa liên kết β-1,4-glycosid, các liên kết này hình thành từ cáchọc trên toàn thế giới về một nguồn vật liệu thay thế sợi tinh thể và được liên kết với hemicellulose; (2) mộtvà sinh khối lignocellulose từ bã mía được sử dụng như hợp chất phân nhánh vô định hình gồm các chất dị trùngmột nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol sinh học thế hệ hợp của các gốc pentoses, hexose, các gốc đường khác vàthứ hai. Nguồn vật liệu lignocellulose từ bã mía gồm ba trong mối liên kết bền chắc này vai trò của lignin được Số 7/2024 15 NGHIÊN CỨU 2.2. Phương pháp nghiên cứu biết đến như một chất dị hợp tử của các rượu phenolic, 2.2.1. Xác định thành phần hữu cơ trong bã mía được bao quanh đoạn polysacarit, tạo nên độ bền chắc Bã mía sau khi xác định độ ẩm được cân chính xác cho thành tế bào thực vật (Boeriu CG et al., 2014). Cấu 0,3g mẫu vào ống nghiệm 10ml có nắp, thêm 3ml axit trúc phức tạp, đa thành phần này khó có thể bị phân giải H2SO4 72%, dùng đũa thủy tinh khuấy đều, đậy nắp bởi các yếu tố vật lý, hóa học và sinh học thông thường. ống nghiệm và để thủy phân ở nhiệt độ 300C trong 60 Trong công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học thế phút. Kết thúc thủy phân ở 300C, mẫu được chuyển vào hệ thứ hai này thì các polyme sinh học trong vật liệu bình tam giác 250ml và bổ sung 84ml nước khử ion, lignocellulose phải được phân tách và tạo thành các đậy nắp bình tam giác và hấp ở 1210C trong 60 phút, gốc đường phục vụ cho sản xuất ethanol sinh học đang sau đó để nguội về nhiệt độ phòng và tiến hành phân là mục tiêu hướng đến cho hoàn thiện quy trình tiền tích các thành phầ ...