ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO NGHIỆM THU
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ
XỬ LÝ MỘT SỐ LOẠI PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP BẰNG
NƯỚC ÁP SUẤT CAO ĐỂ THU DUNG DỊCH ĐƯỜNG CÓ
KHẢ NĂNG LÊN MEN ETHANOL

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

TS. NGUYỄN HỒNG DŨNG

trấu. nhằm mục đích mở ra hướng sản xuất cồn nhiên liệu từ các phụ phẩm
này
Nội dung: 1) Phân tích thành phần rơm, rạ, trấu.
2) Nghiên cứu quá trình xử lý cơ học các nguyên liệu này để làm thuận lợi
cho quá trình phản ứng thuỷ nhiệt.
3) Nghiên cứu chế tạo thiết bò phản ứng thuỷ nhiệt ở quy mô phòng thí
nghiệm có khả năng thực hiện phản ứng ở áp suất và nhiệt độ cao (đến 300
o
C).
4) Nghiên cứu quá trình phản ứng thuỷ nhiệt đối với các loại nguyên liệu
nghiền khác nhau trên thiết bò thí nghiệm: Xác đònh các thông số kỹ thuật để
tiến hành phản ứng nhằm thu được các loại đường có thể chuyển hoá thành
ethanol.
5) Lắp đặt, vận hành thử nghiệm thiết bò phản ứng ở quy mô pilot do Trường
đại học Tokyo giúp.
6) Nghiên cứu quá trình phản ứng thuỷ nhiệt đối với các loại nguyên liệu
nghiền khác nhau trên thiết bò pilot nhằm hiệu chỉnh các thông số kỹ thuật để
tiến hành phản ứng.

2


dụng tổng hợp nguồn tài nguyên rơm rạ
trấu nói riêng và biomass nói chung
1) Đã phân tích thành phần rơm, rạ.
2) Đã nghiên cứu quá trình nghiền rơm rạ

3) Đã chế tạo thiết bò phản ứng thuỷ nhiệt
ở quy mô phòng thí nghiệm
4) Đã nghiên cứu quá trình phản ứng thuỷ
nhiệt đối với rơm rạ đã nghiền ở quy mô
PTN.
5) Lắp đặt, vận hành thử nghiệm và đưa
vào sử dụng thiết bò phản ứng quy mô
pilot do Trường Đại học Tokyo giúp.
6) Đã nghiên cứu quá trình phản ứng thuỷ
nhiệt đối với rơm rạ trên thiết bò pilot
nhằm xác đònh, hiệu chỉnh các thông số
kỹ thuật phù hợp cho quá trình xử lý.

7) Đã tiến hành các nghiên cưú đối với
nguyên liệu trấu.
8) Đã nghiên cứu quá trình xử lý nguyên
liệu rơm rạ và trấu ở quy mô 10L để
chuẩn bò cho quá trình lên men.
9) Đã phân tích, đánh giá thành phần
đường, xác đònh bước đầu khả năng sử
dụng của chúng vào mục đích sản xuất
ethanol, đònh hướng nghiên cứu tiếp tục
để sử dụng nguồn tài nguyên rơm rạ trấu
có hiệu quả cho mục đích sản xuất năng
lượng

3.7. KHẢO SÁT THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU BAN ĐẦU 36
3.8. QUÁ TRÌNH XỬ LÝ THUỶ NHIỆT 36
3.9. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN BẰNG ENZYME 42
3.10. NGHIÊN CỨU THĂM DÒ KHẢ NĂNG LÊN MEN CỒN TỪ DUNG DỊCH
ĐƯỜNG THU ĐƯC KHI THỦY PHÂN RƠM RẠ 44
B. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TRẤU 46
3.11. NGUYÊN LIỆU VÀ HOÁ CHẤT CẦN THIẾT 46
3.12. CÁC DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG 48
3.13. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 49
3.14. CÁC PHƯƠNG PHÁP VI SINH NUÔI CẤY, BẢO QUẢN 55

5
3.15. KHẢO SÁT THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU 59
3.16. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH NỔ HƠI 60

3.17. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN 65
3.18. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH LÊN MEN 75
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 84
4.1. KẾT LUẬN 84
4.2. KIẾN NGHỊ 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 6
MỞ ĐẦU
Sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hoá thạch của thế giới có thể nói là đã được dự báo. Cùng
với tình hình dầu mỏ khí đốt ngày càng khan hiếm, các quốc gia nắm giứ các nguồn tài
nguyên này có thể sử dụng chúng như một công cụ chính trò và giá dầu đang leo thang
tương đối nhanh đã buộc các nhà khoa học và nhiều chính phủ phải nghó đến các phương


7
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. NHIÊN LIỆU CỒN
Nhiều vùng khác nhau trên thế giới có lượng dư thừa các sản phẩm nông nghiệp hoặc chất
thải có tiềm năng năng lượng cao có thể ứng dụng vào việc sản xuất cồn. Ví dụ, cây
khuynh diệp phong phú ở Bồ Đào Nha, cây thông ở Chi Lê, và cây mía ở Brazil. Rất
nhiều nước đang tìm kiếm con đường sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên phục vụ
cho việc sản xuất cồn nhiên liệu. Chính phủ Brazil thông qua việc bổ sung của chương
trình rượu cồn quốc gia, đã nỗ lực phát triển xe hơi chạy bằng nhiên liệu cồn sản xuất từ
đường mía. Hiện nay, 40% xe hơi Brazil chạy bằng nhiên liệu cồn 100%. Ngay cả xe hơi
chạy bằng xăng dầu cũng sử dụng xăng trộn 22% cồn với 78% xăng
Nikolaus A. Otto, người đưa ra chu trình otto, cho rằng cồn là nhiên liệu thích hợp cho
động cơ đốt trong bốn kỳ. Ở Mỹ, Henry Ford, cha đẻ của xe hơi, thúc đẩy việc ứng dụng
cồn từ thập niên 1920. Xu hướng này được tiếp tục trong suốt thập niên 1930, trong đó
hơn 2000 trạm xăng ở miền viễn Tây sử dụng xăng pha 6 – 12% cồn sản xuất từ bắp. Tuy
nhiên, do giá thành cao của cồn là một hạn chế lớn và vì vậy việc sử dụng cồn nhiên liệu
cũng sớm kết thúc.
Hiệu quả của cồn nhiên liệu so với xăng dầu
Pimentel [4] so sánh hiệu suất của cồn nhiên liệu với hiệu suất của xăng dầu dựa trên
lượng nhiên liệu tiêu thụ, công suất và nhiệt độ hoạt động của động cơ. Theo tính toán lý
thuyết thì mức độ tiêu thụ cồn 96% (v/v) của động cơ xe hơi cao hơn 9% mức độ tiêu thụ
của xăng. Kết quả kiểm tra khi chạy trên đường cho thấy lượng cồn nhiên liệu tiêu thụ
hơn xăng dầu vào khoảng 10 ÷ 20%.
Công suất lớn hơn có thể đạt được ở cồn nhiên liệu do tỉ số nén của xăng dầu là 8:1 còn
của cồn là 12:1. Tỉ số nén gia tăng cho phép bởi tính chất chống va đập của cồn. Số liệu
thực nghiệm chỉ ra rằng cồn nhiên liệu có thể tạo ra công suất lớn hơn 20% so với xăng
dầu.
Cồn nhiên liệu có áp suất hơi thấp, vì vậy sẽ gây khó khăn cho việc khởi động lạnh động
cơ khi nhiệt độ dưới 15

phần rơm rạ. Thành phần này cũng không được dùng để lên men.

1.2.2 Cellulose
Sợi cellulose có tính bền vững cao, là một chuỗi đồng nhất có thể lên tới 12000 đơn vò liên
kết b- glucose 1 > 4. Ở trạng thái tự nhiên, mạch cellulose được liên kết với nhau nhờ
các cầu nối hydro giữa các phân tử [6]. Các cầu nối hydro nội phân tử cũng được hình
thành giữa các đơn vò glucose của cũng một chuỗi.
Hiệu ứng cộng hợp của năng lượng liên kết của các nối hydro làm gia tăng sự bền chặt
của cellulose và làm cho nó không tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ. Các chuỗi
cellulose này kết hợp với nhau thành các vùng có trật tự cao hơn và các vùng vô đònh hình
ở biên được mô tả theo lý thuyết lớp biên micelle do Gerngross và cộng sự đưa ra vào
năm 1932. Sự kết khối của cellulose hình thành các sợi nhỏ đóng vai trò như lõi của các vi

9
sợi (Hình 1.2). Trong các nguyên liệu biomass, cellulose là nguồn cung cấp chủ yếu
glucose, thành phần có khả năng lên men.
Hình 1.1. Cấu trúc cellulose, và liên kết β (1 → 4) glucosidic.
Hình 1.2. Liên kết hydronội phân tử (intramolecular) và ngoại phân tử
(intermolecular) trong mặt cắt của cây [6]
10


trong điều kiện acid êm dòu [8]

Hình 1.4. Một phần cấu trúc của O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan trong gỗ [6]

1.2.4 Lignin
Thành phần thứ ba của thành tế bào của biomass là lignin. Những hiểu biết về lignin rất
giới hạn bởi sự khó khăn trong việc phân lập lignin, và cũng bởi vì sự biến động nhiều của
chúng trong tự nhiên. Tuy nhiên, lignin được biết là một chất bền vững, có khối lượng
phân tử lớn và được hình thành từ các phenyl propan (Hình 1.5). Như là một phần của cấu
trúc vi sợi, lignin đóng vai trò như một chất keo điền đầy khoảng không gian giữa
cellulose và hemicellulose và các polyme phức tạp khác. Sự có mặt của lignin làm hạn
chế đáng kể khả năng tấn công vào các phân tử cellulose và hemicellulose. Hơn thế nữa,
lignin cũng rất cứng, giúp cho tế bào gỗ cứng. Lignin hình thành nên thành phần chính của
phần giữa của phiến lá, hoặc các gian bào. Như vậy, lignin đóng vai trò như là chất kết
nối giữa các tế bào, cũng như là các cấu trúc hỗ trợ cho cây.
12

Hình 1.5. Cấu tạo của lignin trong gỗ cứng và gỗ mềm. 1.2.5 Cấu trúc thành tế bào
Cấu trúc của các vi sợi hình thành nên cấu trúc cơ bản của thành tế bào của biomass. Các
vi sợi có hướng xác đònh được gắn kết tạo nên các lớp khác nhau. Lớp vách tế bào đầu
tiên, lớp ngoài cùng, cấu trúc sơ sợi không có hướng nhất đònh. Các vi sợi được gắn kết
theo mọi hướng hình thành mạng lưới. Lớp vách tế bào thứ hai gồm ba phân lớp S1, S2 và
S3. Số thứ tự này được quy đònh dựa trên trật tự sắp xếp các lớp từ ngoài vào trong; ví dụ:
S1 là phần ngoài cùng của lớp thứ hai, ngay sau lớp thứ nhất, và S3 là phân lớp trong cùng

hình thành các chất ức chế sự phát triển của vi khuẩn, và 4) Có khả năng thực hiện và
mang lạiø hiệu quả kinh tế. Như vậy, mục đích của quá trình xử lý là phá vỡ cấu trúc
lignocellulose tạo thành các monosaccharide phục vụ cho quá trình lên men.

14
Ba yếu tố chính để phá vỡ cellulose thành các monosaccharide là kích thước lỗ xốp [12],
sự kết tinh của cellulose và khả năng loại bỏ lignin. Để nâng cao khả năng tấn công vào
các cellulose, có thể đạt được bằng cách loại bỏ hemicellulose bởi vì hemicellulose có
khả năng thủy phân dễ dàng hơn nên sẽ tạo ra kích thước lỗ xốp lớn hơn trong lớp vi sợi.
McMillan [13] chỉ ra rằng khả năng thủy phân của enzyme tỷ lệ với việc loại bỏ
hemicellulose, tồn tại sự tương quan thuận giữa kích thước lỗ xốp (hoặc bề mặt riêng) với
sản lượng glucose trong quá trình thủy phân enzyme; (ví dụ như: kích thước lỗ xốp càng
lớn tương ứng với sản lượng glucose càng cao).
Sự kết tinh của glucose là nhân tố thứ hai quyết đònh đến sản lượng glucose. Độ kết tinh
càng cao thì tốc độ thủy phân càng chậm. Weimer và cộng sự [14] chứng minh rằng quá
trình xử lý hóa chất và nhiệt có khuynh hướng làm tăng chỉ số kết tinh tương đối (RCI) của
cellulose vô đònh hình. Một nghiên cứu tương tự lại chỉ ra rằng sự gia tăng RCI không có ý
nghóa đối với sự kết tinh của cellulose.
Yếu tố thứ ba là, bởi vì khả năng tấn công vào cellulose của vi sợi bò ngăn cản bởi ma trận
lignin bao quanh, nên việc loại bỏ lignin sẽ giúp gia tăng đáng kể khả năng tấn công vào
các polysaccharide. Có một vài phương pháp xử lý biomass để chuyển hóa nguyên liệu
lignocellulose thành đường có khả năng lên men. Các phương pháp này bao gồm xử lý
kiềm và acid loãng, thủy phân bằng acid, ammonia quá trình xử lý thuỷ nhiệt (AFEX), quá
trình xử lý thuỷ nhiệt, thủy phân enzym Tuy nhiên, trong báo cáo này chỉ giới hạn ở quá
trình thủy phân bằng acid và steamexplosion/ thủy phân enzyme bởi vì những phương
pháp này có nhiều triển vọng hơn các phương pháp khác.
1.3.1 Thủy phân acid
Thủy phân acid là phương pháp xử lý truyền thống đối với quá trình lên men
lignocellulose. Bracconet là người đầu tiên khám phá rằng việc xử lý gỗ bằng acid
sulfuric đậm đặc sẽ tạo ra glucose vào năm 1819.

đi vào. Ion
hro, vì vậy ít bò ảnh hưởng về khả năng tấn công vào cellulose như là enzyme cellulase.
Hơn nữa, cơ chế cơ bản của quá trình thủy phân liên kết glucosidic tương đối đơn giản
(Hình 1.7). Cơ chế này tương tự quá trình thủy phân các liên kết glucosidic khác như tinh
bột (b 1 >4 – glucose, và mạch nhánh b 1 >6). Bước thứ ba (Hình 1.7) là bước giới hạn
tốc tốc độ phản ứng bởi vì sự hình thành cấu hình nửa ghế có mức năng lượng cao do sự
tuần hoàn các ion cacbonium.
Tốc độ thủy phân lúc đầu thường rất nhanh Goldstein, Grethlein thực hiện các thí nghiệm
để chỉ ra rằng giai đoạn đầu của phản ứng thủy phân, kích thước lỗ xốp càng lớn thì tốc độ
phản ứng càng nhanh. Tuy nhiên, sau khi sự thủy phân đạt đến giới hạn, tốc độ phản ứng
giảm nhanh chóng. Các liên kết glucosidic dễ dàng bò thủy phân là những liên kết ở bề
mặt hoặc trong vùng không đònh hình của cellulose. Tốc độ thủy phân nhanh chóng phản
ánh hoạt tính của quá trình thủy phân trong các vùng này và có thể thấy được thông qua
sự giảm độ trùng hợp (degree of polymerization, DP) từ vài ngàn đến khoảng 200 [15].
Giá trò này được xem như là sự dừng lại của độ trùng hợp (leveling off degree of
polymerization, LODP). Nếu thủy phân tiếp sẽ khó khăn hơn ở dưới LODP bởi vì độ kết
tinh cao của các phân tử cellulose còn lại.
Tillman và cộng sự [16] thực hiện các nghiên cứu có liên quan đến tính dẫn nhiệt của các
mảnh gỗ dương nhằm tăng tốc độ thủy phân. Kết quả cho thấy kích thước các phần tử
càng nhỏ thì tốc độ truyền nhiệt càng nhanh, vì vậy tránh được sự biến động nhiệt độ tức
thời, làm tăng tốc độ phản ứng thủy phân tổng cộng.
Converse và Grethlein [17] đưa ra một nghiên cứu dựa trên việc phát triển một phương
pháp xử lý bằng thủy phân acid dùng để đường hóa biomass. Bản đồ sản lượng glucose và
xylose được nghiên cứu để phục vụ cho việc dự đoán điều kiện phản ứng tối ưu. Nó được
xác đònh sao cho tối đa hóa lượng glucose thu được đồng thời giảm thiểu sự phân hủy,

16
phản ứng theo nhiều hướng của chất rắn khi đi qua thiết bò phản ứng ở nhiệt độ thấp.
Lượng xylose tối đa xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn so với của glucose. Các nhà nghiên cứu
phát triển một hệ thống dựa trên việc cải tiến thiết kế của Thompson. Thiết kế của

hiệu quả của quá trình xử lý thuỷ nhiệt đối với gỗ cây dương. Một báo cáo toàn diện của
Iotech được gửi tới Bộ Năng lượng Mỹ mô tả ảnh hưởng của thời gian lưu và áp suất đối
với sản lượng xylose và glucose. Iotech tìm ra rằng, ở một áp suất nhất đònh, sản lượng
xylose và glucose đạt cực đại ở các thời gian lưu khác nhau, và xylose thường đạt cực đại
trước glucose. Tương tự, sản lượng xylose và glucose lớn nhất có được ở nhưng áp suất
khác nhau. Kết luận cuối cùng được đề cập đến trong báo cáo là điều kiện phản ứng tối
ưu của holocellulose (xylose + glucose) là 500 – 550 psig trong thời gian 40 giây.
Một vài nghiên cứu ứng dụng quá trình xử lý thuỷ nhiệt cho các loại nguyên liệu biomass
khác nhau được thực hiện tiếp theo báo cáo của Iotech, Schultz và cộng sự so sánh hiệu
quả của phương pháp xử lý quá trình xử lý thuỷ nhiệt trên hỗn hợp các mảnh gỗ cứng, vỏ
trấu, thân cây bắp, và bã mía. Quá trình xử lý thuỷ nhiệt ở 240 – 250
0
C và trong một phút
làm tăng tốc độ thủy phân enzyme của các mảnh gỗ cứng, vỏ trấu, và bã mía lên ngang
bằng tốc độ thủy phân giấy lọc. Các mẫu được xử lý quá trình xử lý thuỷ nhiệt không làm
tăng tốc độ thủy phân acid so với mẫu chưa xử lý. Nghiên cứu cũng cho thấy không có sự
khác biệt về tốc độ thủy phân đối với mẫu chứa trong 8 tháng trước khi thủy phân với mẫu
được xử lý quá trình xử lý thuỷ nhiệt trước khi thủy phân.
Martinez và cộng sự [20] sử dụng Onopordum nervosum và Cyanara cardunculus làm
nguyên liệu. Hiệu quả đường hóa (lượng glucose sinh ra sau 48 giờ thủy phân bằng
enzyme/lượng glucose tối đa trong mẫu) đạt được trên 90% đối với O. nervosum khi xử lý
quá trình xử lý thuỷ nhiệt ở 230
0
C, 1 – 2 phút và C. cardunculus ở 210
0
C, 2 – 4 phút. Kết
quả tương tự góp phần cũng cố về hiệu quả của quá trình quá trình xử lý thuỷ nhiệt đối với
quá trình đường hóa bằng enzyme được báo cáo bởi Nunes và Pourquie [21] với gỗ cây
khuynh diệp, Martin và cộng sự [22] với gỗ thông, và Moniruzzaman [23] với rơm rạ.


ngột trên vật liệu.

1.3.5 Yếu tố hệ số xử lý
Trong nhiều nghiên cứu khác nhau sử dụng nhiều loại biomass khác nhau do đó cần quy
chuẩn các thông số của quá trình để dễ dàng so sánh. Ví dụ như, một thông số chung được
dùng để sắp xếp các nghiên cứu là sự giảm thiểu các sản phẩm bò suy thoái nhờ vào các
điều kiện xử lý. Điều này rất quan trọng để có thể liên hệ sản lượng sản phẩm thực tế so
với mức độ xử lý.
Những nghiên cứu trước đây trong công nghiệp bột giấy chỉ ra rằng khi nghiên cứu ảnh
hưởng của xử lý hơi nước trên các thông số như là khả năng tấn công của enzyme vào bột
giấy, nhiệt độ xử lý và thời gian có thể hoán đổi cho nhau. Trong nghiên cứu này,
Overend và Chornet sử dụng mô hình để xác đònh mức độ xử lý của phương pháp xử lý

19
quá trình xử lý thuỷ nhiệt trong đó bao gồm ảnh hưởng của cả nhiệt độ và thời gian lưu.
Yếu tố mức độ xử lý trở thành một hằng số cho bất kỳ một tập hợp nhiệt độ và thời gian
lưu. Mô hình này dựa trên giả thiết rằng động lực của quá trình là bậc một, và tuân theo
đònh luật Arrhenius:

/
E
aRT
kAe
−
=
Trong đó, k = hằng số tốc độ
A = Hệ số tuần hoàn Arrhenius
E
a
= năng lượng hoạt hóa

Giá trò log của phản ứng thông thường cho ta hệ số mức độ xử lý được dùng làm cơ sở cho
quá trình xử lý quá trình xử lý thuỷ nhiệt trên biomass.
Severity = log
10
(R
0
)
Trong đó, Severity = hệ số mức độ xử lý
R
0
= bậc tự do của phản ứng.
Chronet và Overend mô tả ứng dụng của mô hình bậc tự do của phản ứng cho các dữ liệu
nghiên cứu về quá trình xử lý thuỷ nhiệt trước đây. Khuynh hướng thu hồi pentosan từ
Populus Tremuloides từ quá trình xử lý thuỷ nhiệt của Heitz và cộng sự được mô hình hóa
có hiệu quả như là một hàm của hệ số mức độ xử lý [24]. Tương tự, Thu hồi pentosan từ
Stipa Tenacissima trong nghiên cứu của Belkacemi (1989) cũng được mô hình hóa với hệ
số mức độ xử lý.
Dữ liệu được dùng bởi Chornet và Overend được dựa vào các nguyên liệu gỗ. Theo
nghiên cứu cách đây không lâu của Kaar và cộng sự [25] sử dụng bã mía đã xử lý quá
trình xử lý thuỷ nhiệt, tuy nhiên, kết luận rằng mô hình bậc phản ứng không áp dụng phổ
biến. Cụ thể là, các tác giả đã tìm ra sản lượng glucose khi thủy phân bã mía bằng
enzyme không phải là hằng số ở một mức độ xử lý và các khoảng nhiệt độ khác nhau.

20

1.3.6 Các ảnh hưởng về mặt vật lý và hóa học của quá trình xử lý thuỷ nhiệt đối với
vật liệu lignocellulose
Tanahashi và cộng sự [26] nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xử lý thuỷ nhiệt lên hình
thái học và tính chất vật lý của gỗ. Các tác giả này chỉ ra rằng ở áp suất lớn hơn 28 kg/cm
2

Excoffier và cộng sự cũng tìm ra trong khi hemicellulose bò loại bỏ nhờ thủy phân thì
lignin trở nên mềm dưới tác dụng của nhiệt và bò depolymer hóa.
Atalla [28] nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xử lý thuỷ nhiệt lên bản thân cellulose.
Hình chụp X-ray của mẫu cây dương được xử lý quá trình xử lý thuỷ nhiệt bộc lộ ra là ở
nhiệt độ xử lý cao sẽ làm gia tăng bậc của cấu trúc lưới cellulose, vì thế làm tăng độ kết
tinh. Ảnh hưởng của nhiệt độ cao với thời gian lưu ngắn không có lợi so với nhiệt độ xử lý
thấp và thời gian lưu dài. Thí nghiệm được cũng cố hơn thông qua việc phân tích phổ

21
Raman và phổ NMR trạng thái rắn (CP/MAS). Atalla cũng khẳng đònh rằng tác động cơ
học trong quá trình giảm áp cũng làm tăng bậc cấu trúc trong cellulose. Ảnh hưởng này
được suy luận từ những thực nghiệm có liên quan đến xử lý cơ học cellulose bằng máy
nghiền bi và ép với sàng mòn trước đây. Một phát hiện thứ hai từ phổ Raman là nhiệt độ
xử lý càng cao thì càng làm gia tăng khả năng đề-lignin hóa.
Focher và cộng sự [29] quan sát rơm của lúa mì bằng kính hiển vi điện tử quét (scanning
electron microscopy, SEM) và phát hiện ra phạm vi giải kết sợi được mở rộng khi mức độ
xử lý gia tăng. Kính hiển vi điện tử còn cho thấy sự hình thành các giọt trong các sợi ở
mức độ xử lý cao được coi là minh chứng thực tế về sự hình thành của lignin.
Marchessault và St – Pierre [30] quan sát lớp chất đọng giống như hình cầu trong bột giấy
sau khi đã xử lý bằng quá trình xử lý thuỷ nhiệt. Nhiệt độ làm mềm của lignin vào khoảng
130 – 190
0
C. Chornet và Overend cho rằng các khối cầu là kết quả của sự tạo thành hạt
nhân bởi lignin khi đối tượng được xử lý ở nhiệt độ nằm trên điểm làm mềm của lignin.
Tóm lại, kết luận về ảnh hưởng của quá trình xử lý thuỷ nhiệt đối với vật liệu
lignocellulose đã được báo cáo trong các tài liệu có những điểm chính sau:
1. Quá trình xử lý thuỷ nhiệt làm gia tăng sự kết tinh của các cellulose do thúc đẩy
quá trình kết tinh của vùng vô đònh hình.
2. Hemicellulose dễ dàng bò thủy phân trong quá trình xử lý quá trình xử lý thuỷ
nhiệt.

cồn.
Một giống men là Saccharomyces được dùng trong sản xuất bia. Nhưng giống này có hai
chủng. Chủng S. cerevisiae, được dùng trong sản xuất rượu bia, và cũng được dùng để làm
bánh mì, rượu vang và rượu uýt-ky. Loài này có khả năng chòu đựng cao và tồn tại được ở
ngoài khí quyển.
Chủng còn lại là S. carlsbergensis (uvarum) được sử dụng cho rượu bia nhẹ và không thể
tìm thấy ở bất kỳ đâu ngoại trừ trong nơi ủ bia. Loài này nhạy cảm với nhiệt độ và không
thể tồn tại ở ngoài khí quyển.
Nấm men sinh sản vô tính và tự nhân đôi một cách riêng lẻ trong quá trình lên men. Bởi
vì men đưa vào môi trường lỏng vô trùng, dòch nha, nó có thể được sử dụng lại nhiều lần
đối với những đợt lên men kế tiếp mà không sợ bò tạp nhiễm. Bia là sản phẩm duy nhất
được lên men trong điều kiện vô trùng.
Hai chủng này khác nhau về nhiều đặc điểm hóa sinh. Bảng 1.1 cho thấy một vài đặc
điểm khác nhau như sau: 23Bảng 1.1 Đặc tính sinh hóa của nấm men sử dụng trong sản xuất bia.
S. carlsbergensis S. cerevisiae
Lên men melibiose + -
Lên men rafinose +++ +
Làm việc ở điều kiện có không khí - +
Có tạo ra H
2
S +++ +
Trạng thái sau khi lên men Lắng xuống đáy Nổi lên bề mặt

1.4.4. Quá trình đường hóa và lên men đồng thời (SSF – Simulteneous
Sacharification & Fermentation)
Đường hóa và lên men đồng thời được coi như là sự kết hợp các cơ chất trong quá trình xử
lý (thường là thủy phân enzyme) và lên men trong bình phản ứng gián đoạn. Khái niệm
SSF rất có ý nghóa vì nó cho phép vi sinh vật lên men trong hệ thống tiêu thụ và vì vậy
làm giảm nồng độ sản phẩm cuối ức chế hoạt tính của enzym. Ví dụ như, trong hệ
cellulase,
β
- glucosidases phân hủy cellobiohydrolases ức chế exo-glucanases. Sản phẩm
cuối, glucose lại ức chế ngược lại
β
-glucosidases. Trong quy trình SSF, vi sinh vật lên men
được bổ sung vào hệ thống để chuyển hóa glucose thành sản phẩm lên men mong muốn.
Saddler và cộng sự [33] thực hiện nghiên cứu xác đònh hiệu quả của quá trình SSF trong
điều kiện xử lý. Nghiên cứu chỉ ra nhược điểm lớn nhất của SSF: nhiệt độ thủy phân tối ưu
và nhiệt độ lên men tối ưu thường không phù hợp nhau. Điển hình là, enzyme cellulolytic
hoạt động khoảng 50
0
. Trong khi vi sinh vật trong hệ thống lên men ví dụ như nấm men
lại thường không thể sống quá 40
0
C.

1.5. NHẬN XÉT
Các công trình nghiên cứu về vấn đề này đã chứng tỏ được ưu điểm của việc sử dụng cồn
nhiên liệu cũng như viễn cảnh của việc sản xuất cồn từ biomass. Nguồn biomass phế thải
là nguồn cacbon có ở khắp mọi nơi nhưng việc ứng dụng chúng đòi hỏi phải có sự đầu tư
nghiên cứu về mặt kỹ thuật. Các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đã và đang nghiên cứu
trên các biomass từ thiên nhiên và tính kinh tế để khai thác các nguồn năng lượng mới