Luận án Nghiên cứu quá trình tiền xử lý và hệ vi sinh vật phân giải vỏ quả cà phê vối (Coffea robusta) để lên men tạo ethanol

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TIỀN XỬ LÝ VÀ HỆ VI SINH VẬT PHÂN GIẢI VỎ QUẢ CÀ PHÊ VỐI (Coffea robusta) ĐỂ LÊN MEN TẠO ETHANOL

Ngành:

Công nghệ thực phẩm

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TIỀN XỬ LÝ VÀ HỆ VI SINH VẬT PHÂN GIẢI VỎ QUẢ CÀ PHÊ VỐI (Coffea robusta) ĐỂ LÊN MEN TẠO ETHANOL" được thực hiện trong bối cảnh nhu cầu năng lượng tái tạo ngày càng tăng và vấn đề ô nhiễm môi trường do sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Vỏ quả cà phê vối, một phụ phẩm dồi dào tại Việt Nam với hàm lượng lignocellulose đáng kể (25,88% cellulose, 3,6% hemicellulose, 20,07% lignin), được xác định là nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất ethanol sinh học. Tuy nhiên, sự hiện diện của lignin và hemicellulose gây cản trở quá trình thủy phân và lên men.

Mục tiêu chính của luận án là khảo sát các phương pháp tiền xử lý vỏ quả cà phê vối nhằm loại bỏ hemicellulose và lignin, thu nhận enzyme cellulase từ nấm mốc, tối ưu hóa quá trình thủy phân và lên men để tạo ethanol. Nghiên cứu đã xác định thành phần hóa học chi tiết của vỏ quả cà phê vối. Các phương pháp tiền xử lý bằng acid loãng, kiềm loãng, nấm mục trắng (*Phanerochaete chrysosporium*), và sự kết hợp acid-kiềm-vi sóng đã được khảo sát. Kết quả cho thấy phương pháp tiền xử lý kết hợp acid-kiềm-vi sóng mang lại hiệu quả cao nhất, loại bỏ được 71,4% hemicellulose và 79,2% lignin, đồng thời giữ lại 69,5% cellulose và tạo ra lượng đường khử cao nhất (43,26 g/L). Quá trình khử caffeine và polyphenol được tối ưu bằng trích ly nước nóng thông thường ở 82,9°C trong 136,7 phút, đạt hiệu suất lần lượt là 89,52% và 78,77%.

Luận án cũng thành công trong việc phân lập và tuyển chọn chủng nấm mốc *Trichoderma asperellum* (QT5) từ quả cà phê hỏng, có khả năng sinh tổng hợp enzyme cellulase cao. Enzyme cellulase thu nhận được sau tinh sạch sơ bộ bằng ethanol đạt hoạt tính 21,72 CMCase/mL và 43 FPU/mL. Quá trình thủy phân tối ưu bằng enzyme cellulase* kết hợp Glucosidase ở 51,19°C trong 92,3 giờ với nồng độ enzyme 24,77 FPU/g, thu được 27,35 g/L đường khử. Để giải quyết vấn đề chất gây độc HMF và Furfural trong dịch thủy phân, nghiên cứu đã đề xuất phương pháp vôi hóa bằng Ca(OH)2 ở pH 9,8. Cuối cùng, quá trình lên men ethanol được tối ưu với mật độ nấm men *Saccharomyces cerevisiae* 5x10^7÷3x10^8 cfu/mL, nhiệt độ 30°C và thời gian 72 giờ. Phương pháp lên men SHF (Separate Hydrolysis and Fermentation) cho hàm lượng ethanol cao nhất đạt 11,28 g/L.

Những điểm mới của luận án bao gồm việc đề xuất giải pháp tiền xử lý có hỗ trợ vi sóng, giảm hóa chất, điều chỉnh thứ tự tiền xử lý theo thành phần nguyên liệu, đánh giá và đề xuất giải pháp loại trừ chất độc hại, và thu nhận enzyme cellulase từ chủng nấm mốc bản địa. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn quan trọng cho việc tận dụng phụ phẩm cà phê để sản xuất bioethanol.

Mục lục chi tiết:

• Chương 1- Giới thiệu
• Chương 2- Tổng quan tài liệu
• Chương 3- Phương pháp nghiên cứu
• Chương 4- Kết quả và thảo luận
• Chương 5- Kết luận và đề xuất