Tài liệu Nghiên cứu khả năng sử dụng cám gạo tách béo thủy phân nuôi cấy nấm men yarro wia lipolytica po1g

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------------- LÊ TRANG NGUYÊN THƯ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CÁM GẠO TÁCH BÉO THỦY PHÂN NUÔI CẤY NẤM MEN YARROWIA LIPOLYTICA PO1g Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC Mã số: 605276 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2014 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------------- LÊ TRANG NGUYÊN THƯ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CÁM GẠO TÁCH BÉO THỦY PHÂN NUÔI CẤY NẤM MEN YARROWIA LIPOLYTICA PO1g CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC MÃ SỐ: 605276 LUẬN VĂN THẠC SĨ CBHD: TS. HỒ QUỐC PHONG TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2014 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Cần Thơ Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Hồ Quốc Phong Cán bộ chấm nhận xét 1: Lê Thị Kim Phụng Cán bộ chấm nhận xét 2: Lê Thị Hồng Nhan Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 27 tháng 12 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. PGS.TS. Huỳnh Kỳ Phương Hạ - Chủ tịch hội đồng 2. PGS.TS. Lê Thị Kim Phụng - Phản biện 1 3. PGS.TS. Lê Thị Hồng Nhan - Phản biện 2 4. TS. Hồ Quốc Phong - Ủy viên 5. TS. Đoàn Văn Hồng Thiện - Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Trang Nguyên Thư.................. MSHV: ........................................ Ngày, tháng, năm sinh: ................................................Nơi sinh: ...................................... Chuyên ngành: .............................................................Mã số : ......................................... I. TÊN ĐỀ TÀI: .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................... NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) .......................................... III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài).......................... IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): ............................................ .................................................................................................................................................... Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20.... CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên và chữ ký) ii i LỜI CẢM ƠN Có thể hoàn thành tốt bài luận văn tốt nghiệp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến trường Đại học Cần Thơ, Đại học Bách Khoa Tp. HCM, phòng Đào tạo sau đại học. Đặc biệt là thầy hướng dẫn TS. Hồ Quốc Phong đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ em với những chỉ dẫn khoa học quý báu trong suốt quá trình triển khai, nghiên cứu và hoàn thành đề tài. Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa Kỹ thuật hóa học, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức khoa học chuyên ngành cho em trong những năm tháng qua. Xin gởi lời cảm ơn tới Bộ môn Công nghệ hóa học - khoa Công Nghệ, PTN Sinh kỹ thuật môi trường - Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên đã tạo điều kiện và hỗ trợ các dụng cụ thiết bị để em có thể thực hiện luận văn. Em xin gởi lời cảm ơn đến cô Huỳnh Liên Hương, Bộ môn Công nghệ hóa học - khoa Công nghệ và cô Nguyễn Thị Thu Vân, Bộ môn Sinh Kỹ thuật môi trường - Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên đã tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm cho em trong quá trình thực hiện đề tài. Xin ghi nhận công sức và những đóng góp quý báu, nhiệt tình của các bạn cùng làm việc tại PTN hóa hữu cơ, xin gởi lời cảm ơn đến các bạn: Trương Thị Cẩm Tú, Đỗ Nguyễn Tường Vy, Trần Đông Âu… Đặc biệt chân thành cảm ơn bạn Võ Trường Giang lớp Công nghệ hóa học khóa 35 trường Đại học Cần Thơ đã giúp đỡ và hỗ trợ tôi trong thời gian qua. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình thân yêu đã hỗ trợ vật chất, là chỗ dựa tinh thần để con có thể vượt qua những trở ngại và hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) ii TÓM TẮT ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Cám gạo là một trong những phụ phẩm nông nghiệp phong phú trên thế giới. Sau khi loại bỏ dầu, thành phần polysaccharide trong cám gạo được coi là nguồn nguyên liệu tiềm năng trong quá trình lên men vi sinh vật. Mục tiêu của nghiên cứu này là nghiên cứu khả năng sử dụng cám gạo tách béo thủy phân làm nguồn dinh dưỡng cho nấm men Yarrowia lipolytica Po1g phát triển, tích lũy dầu vi sinh vật. Nồng độ đường tổng thu được 53.59 g/L khi thủy phân cám gạo với axit sunfuric loãng ở các điều kiện khác nhau: nồng độ axit 1 – 4 %v/v, thời gian phản ứng 1 – 6 giờ, nhiệt độ 60 – 90 oC. Điều kiện thủy phân thích hợp để sản xuất đường là nồng độ axit 4%, thời gian 6 giờ và nhiệt độ là 90 oC. Để tiến hành nuôi cấy nấm men thu chất béo, sản phẩm thủy phân được khử độc bằng Ca(OH)2 để giảm nồng độ các chất ức chế nhằm cải thiện quá trình lên men. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và tích lũy chất béo của nấm men như thời gian, nồng độ đường, nguồn nitơ, pH, nguồn carbon được tiến hành khảo sát. Kết quả cho thấy rằng, lượng sinh khối thu được cao nhất là 11.73 g/L, tương ứng với lượng dầu tích lũy là 25.41% sinh khối khô trong điều kiện nuôi cấy 4 ngày, không có bổ sung nguồn nitơ, nồng độ đường khử 30 g/L. Kết quả phân tích sắc ký khí cho thấy thành phần chủ yếu của chất béo thu được là chất béo tự do (FFA) 82.53% và các glyceride MAG (11.45%), DAG (1.41%), TAG (3.05%). Các axit béo có mạch carbon dài từ C16 đến C18, đây là nguồn chất béo có thể sử dụng làm nguồn nguyên liệu sản xuất diesel sinh học. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) iii ABTRACT Rice bran is one of the most abundant agricultural by-products in the world. After oil is extracted, the polysaccharides present in rice bran are considered potential sources of raw materials in fermentation microorganisms. The objective of this study was utilized defatted rice bran hydrolysate as a source of nutrients for the yeast Yarrowia lipolytica Po1g fat synthesis. The highest concentration of sugar obtained 53.59 g/L when defatted rice bran hydrolysis with 4% H2SO4, reaction temperature 90 oC, reaction time 6 hours, the ratio between rice bran and acid solution was 1/8 g/mL. To cultured yeast to produce fat, the hydrosate was detoxified with Ca(OH)2 to remove inhibitors such as furfural, HMF to improve the culture. The factors affect the process on growth and fat accumulation in yeast, such as time, glucose concentration, nitrogen source, pH, carbon source were conducted a survey. The results showed that the maximum biomass concentration, lipid content were 11,73 g/L, 25,41%, respectively when yeast grown in medium without nitrogen source, defatted rice bran hydrolysate detoxified with sugar concentration of 30 g/L with the optimal incubation time was 4 days. The gas chromatography analysis showed that 82.53% of the neutral lipid is free fatty acids (FFA), followed by MAG (11.45%), DAG (1.41%), TAG (3.05%). The saturated fatty acids and monounsaturated with carbon chain lengths from C16 and C18. This is an ideal feedstock for biodiesel production. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này hoàn toàn do tôi thực hiện. Các trích dẫn sử dụng trong luận văn đều có dẫn nguồn. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Người thực hiện đề tài Lê Trang Nguyên Thư Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i TÓM TẮT ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ..........................................................................ii ABTRACT ........................................................................................................... iii LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. iv MỤC LỤC.............................................................................................................. v DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. ix DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... x DANH MỤC VIẾT TẮT ....................................................................................... xii Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG...................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề ................................................................................................. 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 2 Chương 2. 2.1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ................................................................. 4 Vi sinh vật cho dầu ................................................................................... 4 2.1.1 Giới thiệu............................................................................................. 4 2.1.2 Nấm men cho dầu ................................................................................ 5 2.2 Nấm men Yarrowia lipolytica.................................................................... 5 2.2.1 Khái quát về Yarrowia lipolytica ......................................................... 5 2.2.2 Sự tích lũy và tổng hợp chất béo của Y. lipolytica ................................ 7 2.2.3 Chủng Y. lipolytica Po1g .................................................................... 7 2.3 Cám gạo .................................................................................................... 8 2.3.1 Tinh bột cám gạo ................................................................................. 8 2.3.2 Lignocellulose [7] ................................................................................ 9 2.3.3 Cám gạo tách béo .............................................................................. 11 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) vi 2.4 Phương pháp thủy phân lignocellulose thành đường ........................... 11 2.4.1 Thủy phân bằng axit đậm đặc ............................................................ 12 2.4.2 Thủy phân bằng axit loãng ................................................................. 12 2.4.3 Thủy phân bằng enzyme .................................................................... 13 2.5 Chất ức chế ............................................................................................. 14 2.6 Phương pháp khử độc ............................................................................ 15 2.6.1 Vôi hóa .............................................................................................. 15 2.6.2 Than hoạt tính .................................................................................... 16 2.6.3 Trao đổi ion ....................................................................................... 17 2.6.4 Enzyme .............................................................................................. 17 2.7 Phương pháp trích ly chất béo ............................................................... 18 2.7.1 Trích ly bằng dung môi đơn thuần ..................................................... 18 2.7.2 Trích ly bằng Soxhlet ......................................................................... 18 Chương 3. THỰC NGHIỆM ............................................................................ 20 3.1 Phương tiện nghiên cứu ......................................................................... 20 3.1.1 Hóa chất ............................................................................................ 20 3.1.2 Dụng cụ - Thiết bị .............................................................................. 21 3.2 Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 22 3.2.1 Nguyên liệu ....................................................................................... 23 3.2.2 Thủy phân CGTB bằng axit sulfuric .................................................. 23 3.2.3 Khử độc dung dịch cám gạo tách béo thủy phân ................................ 24 3.2.4 Nấm men Yarrowia lipolytica Po1g ................................................... 25 3.2.5 Quá trình len men Yarrowia lipolytica Po1g ...................................... 25 3.2.6 Trích ly chất béo ................................................................................ 26 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) vii 3.2.7 3.3 Khử sáp và nhựa trong dầu thô........................................................... 27 Phương pháp phân tích .......................................................................... 27 3.3.1 Xác định nồng độ đường tổng ............................................................ 27 3.3.2 Xác định hàm lượng nấm men ........................................................... 28 3.3.3 Xác định thành phần chất béo ............................................................ 28 3.3.4 Phương pháp xử lý số liệu và chọn các thông số thí nghiệm............... 29 Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 30 4.1 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến lượng đường tổng trong dung dịch CGTBTP .................................................................................................. 30 4.2 Ảnh hưởng của nồng độ axit đến nồng độ đường tổng ......................... 31 4.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ CGTB/DDA đến nồng độ đường tổng .................. 32 4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến NĐĐT .................................... 33 4.5 Ảnh hưởng của quá trình khử độc đến nồng độ đường tổng ............... 35 4.6 Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến sự phát triển của nấm men ..... 37 4.7 Ảnh hưởng của NĐĐT đến sự phát triển và tích lũy chất béo của nấm men 37 4.8 Ảnh hưởng của nguồn Nitơ đến sự phát triển sinh khối và tích lũy chất béo của nấm men ............................................................................................. 39 4.9 Ảnh hưởng của nguồn carbon đến sự phát triển và tích lũy chất béo của nấm men .................................................................................................... 40 4.10 Ảnh hưởng của môi trường pH đến sự phát triển và tích lũy chất béo của nấm men .................................................................................................... 42 4.11 Ảnh hưởng của nguồn carbon bổ sung đến sự phát triển và tích lũy chất béo của nấm men ..................................................................................... 43 4.12 Kết quả phân tích thành phần chất béo ................................................ 45 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) viii 4.13 So sánh sự phát triển của nấm men Yarrowia lipolytica trong các nguồn carbon khác nhau ................................................................................. 47 Chương 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................ 49 5.1 Kết luận................................................................................................... 49 5.2 Hạn chế ................................................................................................... 49 5.3 Kiến nghị................................................................................................. 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 50 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) ix DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Hàm lượng dầu cuả một số loài vi sinh vật ............................................... 4 Bảng 2.2 Thành phần dinh dưỡng và tính chất vật lý của CGTB (g/100g) [28] ..... 11 Bảng 2.3 So sánh hiệu quả loại bỏ chất ức chế của một số biện pháp khử độc [32]16 Bảng 3.1. Giá trị dinh dưỡng và chỉ tiêu chất lượng của CGTB............................. 23 Bảng 3.2. Các yếu tố cần khảo sát trong quá trình thủy phân ................................. 24 Bảng 3.3. Các yếu tố khảo sát trong quá trình nuôi cấy ......................................... 26 Bảng 4.1 Thành phần chất béo từ nấm men Yarrowia lipolytica Po1g được nuôi cấy trong môi trường CGTBTP.................................................................................... 45 Bảng 4.2 Thành phần chất béo từ nấm men Y. lipolytica Po1g trong các điều kiện nuôi cấy khác nhau ................................................................................................ 46 Bảng 4.3. Thành phần mạch carbon cấu trúc nên chất béo của nấm men ............... 46 Bảng 4.4 Hàm lượng sinh khối và chất béo của nấm men Yarrowia lipolytica phát triển trên các chất nền khác nhau ........................................................................... 48 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) x DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Hình thái tế bào của nấm men Y.lipolytica .............................................. 6 Hình 2.2. Nấm men Y. lipolytica .......................................................................... 6 Hình 2.3. Các thành phần chính trong hạt thóc........................................................ 8 Hình 2.4. Cấu trúc lignincellulose [26]................................................................... 9 Hình 2.5. Cấu trúc hemicelluloses [27] ................................................................... 9 Hình 2.6. Cấu trúc cellulose [27] .......................................................................... 10 Hình 2.7. Cấu trúc lignin [27] ............................................................................... 10 Hình 2.8. Sự tương tác của enzyme trên cellulose [39]......................................... 14 Hình 2.9 Một số chất ức chế phổ biến [42]............................................................ 15 Hình 3.1 Quy trình thí nghiệm ............................................................................. 22 Hình 3.2. Mẫu CGTB ........................................................................................... 23 Hình 3.3. Quá trình khử độc sản phẩm CGTBTP .................................................. 24 Hình 3.4. Nấm men Y. lipolytica Po1g ................................................................. 25 Hình 3.5. Môi trường YPD ................................................................................... 25 Hình 3.6. Chiết Soxhlet......................................................................................... 27 Hình 3.7. Phản ứng tạo phức giữa thuốc thử DNS và đường khử .......................... 28 Hình 4.1 Mẫu sản phẩm CGTB thủy phân theo thời gian ...................................... 30 Hình 4.2. Ảnh hưởng của thời gian đến NĐĐT ..................................................... 31 Hình 4.3. Mẫu sản phẩm CGTB thủy phân với nồng độ axit khác nhau ................ 31 Hình 4.4. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến NĐĐT ............................................... 32 Hình 4.5. Mẫu sản phẩm CGTB thủy phân với tỉ lệ khác nhau .............................. 32 Hình 4.6. Ảnh hưởng của tỉ lệ CGTB/DDA đến NĐĐT ........................................ 33 Hình 4.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến NĐĐT ...................................................... 34 Hình 4.8. Mẫu CGTB thủy phân ở 120oC.............................................................. 34 Hình 4.9. Mẫu sản phẩm CGTB thủy phân ........................................................... 35 Hình 4.10. Mẫu CGTBTP trước và sau khử độc.................................................... 35 Hình 4.11. Ảnh hưởng của quá trình khử độc đến NĐĐT ..................................... 36 Hình 4.12. Phản ứng tạo phức giữa đường khử và Ca2+ [57] ................................ 36 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) xi Hình 4.13. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy ....................................................... 37 Hình 4.14. Ảnh hưởng của NĐĐT đến sự phát triển sinh khối và hàm lượng chất béo tích lũy............................................................................................................ 38 Hình 4.15. Chất béo từ Y.lipolytica Po1g ở NĐĐT 20 g/L, 30g/L, 40 g/L ........... 38 Hình 4.16. Chất béo từ Y.lipolytica Po1g ở các nguồn nitơ urê, peptone và không bổ sung thêm nitơ .................................................................................................. 40 Hình 4.17 Ảnh hưởng của nguồn nitơ đến sự phát triển sinh khối và hàm lượng chất béo tích lũy............................................................................................................ 40 Hình 4.18 Chất béo từ Y.lipolytica Po1g ở các nguồn carbon D-glucose, đường mía, CGTBTP khử độc .......................................................................................... 41 Hình 4.19. Ảnh hưởng của nguồn carbon đến sự phát triển sinh khối và hàm lượng chất béo tích lũy .................................................................................................... 42 Hình 4.20. Ảnh hưởng của pH đến sự phát triển sinh khối và tích lũy chất béo ..... 43 Hình 4.21 Chất béo từ Y.lipolytica Po1g ở pH 4 và pH 6.5 ................................... 43 Hình 4.22 Ảnh hưởng của nguồn carbon bổ sung đến sự phát triển và tích lũy chất béo của nấm men ................................................................................................... 44 Hình 4.23 Sắc ký đồ của thành phần chất béo từ Y.lipolytica trong môi trường CGTBTP (1)và thành phần axit béo cấu trúc nên chất béo (2) ............................... 47 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) xii DANH MỤC VIẾT TẮT CGTB................................ Cám gạo tách béo CGTBTP ........................... Cám gạo tách béo thủy phân DAG.................................. Diacylglycerol DDA/CGTB ...................... Dung dịch axit/cám gạo tách béo DNS .................................. 3,5-dinitrosalicylic acid FFA ................................... Free fatty acids (axit béo tự do) GC..................................... Gas chromatography (sắc ký khí) HMF.................................. Hydroxymethyl furfural MDA ................................. Monoacylglycerol NĐĐT ............................... Nồng độ đường tổng SE ..................................... Este steryl SCO .................................. Single cell oil (dầu đơn bào) TAG .................................. Triacylglycerol v/v ..................................... volume/volume (Thể tích/thể tích) w/w ................................... weight/weight (Khối lượng/ khối lượng) YPD .................................. Yeast peptone Dextrose YPDA ............................... Yeast peptone Dextrose Agar Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) 1 Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, khoảng 82% năng lượng thế giới đang sử dụng được khai thác từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí tự nhiên và than đá. Bất lợi của việc sử dụng nguồn nhiên liệu này là gây ảnh hưởng xấu đến môi trường, bao gồm cả hiện tượng hiệu ứng nhà kính, mưa axit, ô nhiễm không khí…[1]. Hơn nữa, việc cung cấp các nguồn tài nguyên hóa thạch là có giới hạn và đang cạn kiệt dần. Điều này làm tăng chi phí khai thác, dẫn đến giá dầu tăng gây ảnh hưởng đến an ninh năng lượng. Vì vậy, các nguồn tài nguyên tái tạo rất quan trọng trong việc thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch. Nhiên liệu sinh học nói chung, hay diesel sinh học nói riêng là một loại năng lượng tái tạo, không độc và có thể dễ dàng phân hủy sinh học. Thành phần chủ yếu của diesel sinh học là các methylester của các axit béo, được sản xuất từ các loại chất béo và dầu thực vật [2]. Tuy nhiên, việc sử dụng các loại cây nông nghiệp để sản xuất diesel sinh học sẽ làm giá thực phẩm tăng cao, hạn chế đất canh tác làm ảnh hưởng đến diện tích trồng trọt các cây lương thực khác. Mặt khác, chi phí cho nguồn nguyên liệu thô sản xuất diesel sinh học là rất cao, chiếm 70 - 75% tổng chi phí sản xuất. Những hạn chế này là trở ngại lớn cho việc phát triển và ứng dụng rộng rãi diesel sinh học [3]. Vì vậy, việc tìm ra nguồn nguyên liệu rẻ cho quá trình sản xuất diesel sinh học có tầm quan trọng đáng kể. Gần đây, trong việc tìm kiếm nguồn dầu mới sản xuất dầu diesel sinh học ngày càng được quan tâm. Trong số đó, dầu đơn bào (single cell oils, SCO) thu hút được sự chú ý trên toàn thế giới. Dầu từ vi sinh vật cho dầu hiện đang được coi là ứng cử viên đầy hứa hẹn do đặc điểm không bị ảnh hưởng bởi mùa vụ hoặc khí hậu, có hàm lượng chất béo cao, có thể được sản xuất từ nhiều nguồn với thời gian sản xuất ngắn và có thành phần axit béo tương tự với các loại dầu thực vật [4]. Nấm men Yarrowia lipolytica có khả năng tích lũy chất béo trên 50% trọng lượng tế bào khô và được xem là một loại nấm men cho dầu [5]. Sau khi qua biến đổi gen, chủng Chương 1. Giới Thiệu Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) 2 Y. lipolytica Po1g sinh trưởng tốt môi trường sucrose, glucose, xylose và có khả năng tổng hợp chất béo và protein có chất lượng tốt do không sinh ra các protease ngoại bào [6]. Những đặc tính này làm cho Y. lipolytica Po1g được quan tâm nhiều hơn trong các quá trình sản xuất protein và chất béo. Tuy nhiên, chi phí sản xuất của SCO làm cho dầu vi sinh vật mang tính cạnh tranh kinh tế. Kết quả là sản xuất dầu vi sinh từ chất thải và nguồn nguyên liệu tái tạo được quan tâm mạnh mẽ. Để giảm chi phí sản xuất, nhiều phụ phẩm nông nghiệp được tận dụng làm nguyên liệu. Các loại phụ phẩm nông nghiệp là một dạng sinh khối có thành phần là lignocellullose, được cấu thành từ lignin, cellulose và hemicelluloses. Phần carbohydrate (cellulose và hemicelluloses) có thể bị phá hủy bằng phương pháp thủy phân tạo thành đường, một nguồn carbon có giá trị trong quá trình lên men vi sinh vật [7]. Cám gạo là phụ phẩm nông nghiệp có giá trị thấp trong quá trình xay xát gạo được sản xuất với một lượng lớn trên thế giới. Sản lượng gạo toàn cầu đã và đang tăng lên đều đặn từ năm 1960 đến nay và đạt trên 700 triệu tấn vào năm 2012. Trong đó, Việt Nam chiếm khoảng 43 triệu tấn [8]. Cám gạo thường chiếm khoảng 10% trọng lượng lúa, có các thành phần như: protein, vitamin, chất béo… và đặc biệt có chứa một lượng lớn polysaccharide có khả năng phân hủy thành đường bằng phương pháp thủy phân, được sử dụng làm nguồn carbon cho vi sinh vật phát triển [9]. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của nghiên cứu này là tận dụng nguồn phụ phẩm cám gạo đã tách béo (thu được trong quá trình chế biến dầu) thủy phân làm nguồn carbon nuôi cấy nấm men nhằm thu được chất béo. Nghiên cứu được thực hiện qua 2 giai đoạn: Chương 1. Giới Thiệu Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) 3 - Giai đoạn thứ nhất: tiến hành thủy phân nhằm thu được đường. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân như nồng độ axit, nhiệt độ thủy phân, thời gian thủy phân, tỉ lệ cám gạo tách béo/dung dịch axit được khảo sát. - Sau đó loại bỏ các chất gây ức chế sự phát triển của vi sinh vật như 5- hydroxymethylfurfural (HMF), furfural. - Giai đoạn thứ hai: Sử dụng dung dịch cám gạo tách béo thủy phân đã khử độc để nuôi cấy nấm men Y. lipolytica Po1g. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và tích lũy chất béo của nấm men cũng được khảo sát. Chương 1. Giới Thiệu Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) 4 Chương 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Vi sinh vật cho dầu 2.1.1 Giới thiệu Một vài loài vi sinh vật có khả năng tích lũy chất béo trên 20% khối luợng tế bào khô, được gọi là vi sinh vật cho dầu. Dầu đơn bào (SCO) là loại dầu thu được từ vi sinh vật, là nguyên liệu lựa chọn thay thế tiềm năng để sản xuất dầu diesel sinh học do chúng có chứa axit béo chủ yếu là C16 và C18, thành phần tương tự với các loại dầu thực vật [10]. SCO được sản xuất bởi các vi sinh vật có dầu khác nhau đã được biết đến hơn 100 năm nay, nhưng không phải tất cả các vi sinh vật đều có khả năng tích lũy chất béo. Một số loài vi sinh vật như nấm men, vi tảo đã được báo cáo là có khả năng sinh trưởng và tích lũy lượng chất béo đáng kể (Bảng 2.1) [11]. Bảng 2.1 Hàm lượng dầu cuả một số loài vi sinh vật Microorganisms Oil content (% dry wt) Microalgae Microorganisms Oil content (% dry wt) Yeast Botryococcus braunii 25–75 Candida curvata 58 Cylindrothecasp 16–37 Cryptococcus albidus 65 Nitzschiasp 45–47 Lipomyces starkeyi 64 Schizochytriumsp. 50–77 Rhodotorula glutinis 72 Bacterium Arthrobacter sp. Fungi > 40 Aspergillus oryzae 57 Acinetobacter calcoaceticus 27–38 Mortierella isabellina 86 Rhodococcus opacus 24–25 Humicola lanuginose 75 Bacillus alcalophilus 18–24 Mortierella vinacea 66 Chương 2. Lược Khảo Tài Liệu Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)