Thủy phân và lên men đồng thời thu nhận bioethanol từ lá cây dứa (Ananas comosus)

Tóm tắt

Nghiên cứu khảo sát khả năng sử dụng lá cây dứa (Ananas comosus), một phụ phẩm lignocellulose, làm nguyên liệu sản xuất bioethanol bằng phương pháp thủy phân và lên men đồng thời (SSF). Lá dứa khô chứa 40,37±0,32% cellulose, 25,71±0,14% lignin, 17,01±0,02% đường khử, 12,69±0,10% ẩm và 1,41±0,04% tro. Tiền xử lý được khảo sát với NaOH và H₂SO₄ ở nồng độ 1-5%. NaOH 4% được lựa chọn do khả năng loại lignin tốt hơn và ít ảnh hưởng đến cellulose; thời gian tiền xử lý được chọn là 24 giờ. Quá trình SSF sử dụng cellulase và Saccharomyces cerevisiae được khảo sát theo thời gian, pH, nhiệt độ, tỷ lệ enzyme và tỷ lệ giống. Các điều kiện được lựa chọn gồm thời gian 48 giờ, pH 5,0, nhiệt độ 37°C, tỷ lệ enzyme 5% và tỷ lệ nấm men 5%. Trong các khảo sát tuần tự, nồng độ ethanol cao nhất ghi nhận là 2,93% tại pH 5,0. Kết quả cho thấy, lá dứa khô có tiềm năng làm nguồn nguyên liệu lignocellulose cho sản xuất bioethanol, đồng thời cho thấy tiền xử lý kiềm và lựa chọn điều kiện SSF phù hợp là các yếu tố quan trọng đối với hiệu quả chuyển hóa.

Từ khóa
bioethanol lá dứa Ananas comosus lignocellulose SSF Saccharomyces cerevisiae

Tài liệu tham khảo

1.
Ado, S. A., Olutokun G. B., Amen, J. B. and Yabaya, A. (2009). Bioconversion of cassava starch to ethanol in a simultaneous saccharification and fermentation process by co - cultures of Aspergillus niger and Saccharomyces cerevisiae. Science World Journal, 4(1), 19 - 22.
2.
Buaban B, et al. (2010). Bioethanol production from ball milled bagasse using an on-site produced fungal enzyme cocktail and xylose-fermenting Pichia stipites. Journal of Bioscience and Bioengineering, 110(1), 18-25.
3.
Charles E.wyman (1996). Handbook on Bioethanol: Product and Utilization. Taylor & Francis, USA, 119-285.
4.
Hetti Palonen (2004). Role of lignin in the enzymatichydrolysis of lignocellulose. VTT Biotechnology, 15(3), 11-39.
5.
Huseyin Serdar Yucesu, Tolga Topgul, Can Cinar and Melih Okur (2006). Effect of ethanol gasoline blends on engine performance and exhaust emission in different compression ratios. Applied -Thermal Engineering, 26, 2272-2278.
6.
Karunanithy C., Muthukumarappan K., Julson J. L. (2008). Influence of high shear bioreactor parameters on carbohydrate release from different biomasses. American Society of Agricultural and Biological Engineers Annual International Meeting. DOI:10.13031/2013.24960.
7.
Kim, T. H., Kim, J. S., Sunwoo, C., Lee, Y. Y. (2003). Pretreatment of corn stover by aqueous ammonia. Bioresource Technology, 39-47.
8.
Kumar, P., Barrett, D. M., Delwiche, M. J., Stroeve, P. (2009). Methods for pretreatment of lignocellulosic biomass for efficient hydrolysis and biofuel production. Industrial and Engineering Chemistry Research, 48, 3713-3729.
9.
López-Linares, Juan C., et al. (2015). Optimization of uncatalyzed steam explosion pretreatment of rapeseed straw for biofuel production. Bioresource Technology, 190, 97-105.
10.
M. P., Coughlan (1985). The properties of fungal and bacterial cellulases with comment on their production and application. Biotechnology and Genetic Engineering Reviews, 3, 37-109.
11.
Parveen Kumar et al. (2009). Industrial and Engineering Chemistry Research Methods for Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Efficient Hydrolysis and Biofuel Production, 48(8), 3713-3729.
12.
Takahashi C. M., Lima K. G. C., Takahashi D. F. (2000). Alterthum F. Fermentation of sugar cane bagasse hemicellulosic hydrolysate and sugar mixtures to ethanol by recombinant Escherichia coli KO11. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 16, 829-34.
13.
Zhu J. Y., Pan X. J. (2010). Woody biomass pretreatment for cellulosic ethanol production: technology and energy consumption evaluation. Bioresour Technology, 101, 4992-5002.