Download miễn phí Đồ án Butanol và ứng dụng của nó trong thực tiễn
Có thể thấy trong 24 giờ đầu của quá trình lên men, khả năng sử dụng cơ chất của vi sinh vật còn tương đối thấp, nồng độ tế bào tăng không đáng kể. Có thể đây là quá trình thích nghi với môi trường của vi khuẩn, canh trường chưa bước vào giai đoạn sinh trưởng. Tuy nhiên, trong 48 giờ lên men tiếp theo, tốc độ sử dụng cơ chất của vi khuẩn tăng rất nhanh. Sau 72 giờ lên men, 97.6% hàm lượng đường trong dịch lên men đã được sử dụng, nồng độ tế bào tăng đều trong 72 giờ lên men và đạt nồng độ 0.81 g/L. Như vậy, Clostridium acetobutylicum P262 phát triển khá tốt trên môi trường lên men từ bã nho, nồng độ đường sót còn lại khá thấp ( 2.4%).
http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2014-01-01-do_an_butanol_va_ung_dung_cua_no_trong_thuc_tien.rSSQSPFbXN.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-52843/Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
ung dịch glucose, xylose, galactose và arabinose. Như vậy, arabinose dù không lên men được hoàn toàn nhưng lại cho hiệu suất sinh butanol cao nhất. Nồng độ tế bào vi sinh vật từ dịch lên men của glucose cũng cho kết quả cao nhất (2.50 g/L), điều này cho thấy glucose tạo môi trường thuận lợi nhất cho sự phát triển của tế bào vi khuẩn.
Để đánh giá tốc độ sử dụng glucose, xylose, galactose và arabinose trong quá trình lên men, Nasib Qureshi và các cộng sự đã thực hiện lên men hỗn hợp 15g mỗi loại đường trên pha trong 1L môi trường P2 ở 35oC. Kết quả được biểu diễn trên đồ thị hình 4:
Hình 4: Quá trình lên men từ hỗn hợp chứa 15 g/L các loại đường glucose, xylose, galactose và arabinose sử dụng Clostridium acetobutylicum P260. (A): nồng độ sản phẩm của quá trình lên men ở các thời điểm khác nhau, (♦) Acetone, (■): butanol, (▲): ethanol, (): acid acetic, (□): acid butylic. (B): nồng độ đường còn lại trong dịch lên men ở các thời điểm khác nhau, (♦): glucose, (■): xylose, (▲): arabinose, (●): galactose.
Hình 4B cho thấy, glucose được sử dụng nhanh hơn các loại đường còn lại, tất cả 15g glucose được sử dụng hết trong 35h lên men. Sự tiêu thụ arabinose ngừng lại sau 53h lên men và còn sót lại hơn 0.6 g/L. Quá trình sử dụng xylose và galactose diễn ra khá chậm, sau 70h lên men 8.7 g/L xylose và 9.4 g/L galactose vẫn chưa được sử dụng hết. Nồng độ ABE đạt được sau 70h lên men từ hỗn hợp đường trên là 16.25 g/L với nồng độ butanol đạt xấp xỉ 12 g/L, năng suất là 0.23g/L.h và hiệu suất là 0.40. Với những kết quả này cho thấy Clostridium acetobutylicum P260 tuy có thể sử dụng được nhiều loại đường khác nhau nhưng việc tiêu thụ các loại đường xylose và galactose diễn ra khá chậm, hàm lượng đường sót còn nhiều làm giảm nồng độ butanol. Phát triển các chủng mới từ loài Clostridium acetobutylicum có khả năng sử dụng đường xylose và galactose tương đương với glucose và arabinose sẽ mang lại hiệu quả cao hơn trong lên men.
Một nghiên cứu khác trên loài Clostridium beijerincki, đã khảo sát khả năng sử dụng các loại đường đơn khác nhau. Ezeji và cộng sự (2007) đã sử dụng chủng Clostridium beijerinckii BA101 để lên men các loại đường glucose, xylose, cellobiose, mannose, arabinose và galactose. Dịch lên men được chuẩn bị trong môi trường P2, 55g mỗi loại đường sẽ được pha vào 1L môi trường P2 ở 35oC không kiểm soát pH trong suốt quá trình lên men. Kết quả được biểu diễn trên hình 5:
Hình 5: Nồng độ dung môi ABE đạt được khi lên men các đường đơn (55g/L: glucose, xylose, cellobiose, mannose, arabinose và galactose) sử dụng Clostridium beijerinckii BA101.
Quá trình lên men được thực hiện sau 60h thì Clostridium beijerinckii ngừng tạo sản phẩm. Nồng độ dung môi ABE đạt được cao nhất trong dịch lên men của cellobiose 19.1 g/L, đạt hiệu suất 0.35. Trong khi đó, dịch lên men từ glucose cho nồng độ dung môi cuối là 17.8 g/L đạt năng suất 0.30 g/L.h, nồng độ các acid trong dịch lên men chỉ còn 2.5 g/L. Năng suất tạo dung môi của các loại đường còn lại dao động trong khoảng 0.23-0.32 g/L.h. Galactose tiếp tục thể hiện là loại đường cho hiệu suất thấp khi được sử dụng để lên men ABE khi cho nồng độ dung môi thấp nhất. Nồng độ acid trong dịch lên men của galactose khá cao (>7 g/L), điều này cho thấy sự giảm khả năng hấp thu và chuyển hóa các acid của vi khuẩn trong dịch lên men của galactose, từ đó làm giảm nồng độ dung môi ABE cuối.
Để đánh giá khả năng lên men hỗn hợp các loại đường khác nhau của Clostridium beijerinckii, Ezeji và cộng sự đã thực hiện quá trình lên men hỗn hợp đường gồm glucose, mannose, arabinose và xylose bổ sung vào dịch lên men với tỉ lệ tương ứng là 5:1:2:4. Sau 84h lên men (khi quá trình lên men dừng lại), nồng độ dung môi ABE đạt được là 17.9 g/L với nồng độ butanol đạt tối đa là 13.9 g/L ( hình 6). Mặc dù lượng butanol và tổng lượng ABE được tạo ra xấp xỉ như trong quá trình lên men từ đường glucose nhưng thời gian lên men lại dài hơn ( 84h so với 60h của glucose), do đó dẫn tới kết quả là tốc độ sinh tổng hợp sản phẩm tương đối thấp (0.21 g/L.h).
Hình 6: Lên men ABE từ hỗn hợp đường glucose, mannose, arabinose và xylose với tỉ lệ 5:1:2:4 bởi Clostridium beijerinckii BA101. (A): nồng độ các sản phẩm đạt được trong suốt quá trình lên men. (B): nồng độ các loại đường còn lại. HAc: acid acetic, HBu: acid butylic, HAB: tổng acid acetic vả acid butylic.
Trong suốt quá trình lên men, nồng độ các acid trong dịch lên men tương đối thấp (hình 6A), điều này cho thấy quá trình lên men cho hiệu quả tốt. Tất cả các loại đường được sử dụng đồng thời trong suốt quá trình lên men mặc dù tốc độ sử dụng là khác nhau (hình 6B). Khả năng sử dụng đường glucose nhanh tiếp tục được thể hiện ở loài Clostridium beijerinckii, điều này cho thấy glucose là cơ chất ưa thích trong quá trình trao đổi chất của hầu hết các loài. Khi nồng độ glucose dần cạn kiệt, loại đường tiếp theo được Clostridium beijerinckii sử dụng nhiều hơn là xylose. Có thể sắp xếp thứ tự ưu tiên sử dụng các loại đường trong hỗn hợp của Clostridium beijerinckii theo thứ tự là glucose > xylose > arabinose > mannose. Kết thúc quá trình lên men, nồng độ các loại đường còn lại không được sử dụng trong dịch lên men là 0 g/L glucose, 4.0 g/L xylose, 3.3 g/L arabinose và 1.7 g/L mannose. Như vậy, sự khác nhau về khả năng sử dụng các loại đường giữa hai loài C.acetobutylicum và C.beijerincki đã được ghi nhận: sau glucose thì C.acetobutylicum thể hiện khả năng sử dụng đường arabinose tốt hơn nhiều so với đường xylose.
Để so sánh rõ hơn về khả năng sử dụng đường glucose và đường pentose (xylose) trên loài Clostridium beijerinckii, N. Qureshi và cộng sự (2008) đã tiến hành hai thí nghiệm lên men. Chủng C.beijerinckii BA101 được sử dụng, hai môi trường lên men lần lượt chứa 25 g/L glucose và 25 g/L xylose. Sau 60 giờ lên men, tất cả đường glucose đã được sử dụng và tạo ra 9.9 ± 0.4 g/L ABE trong đó có 6.1 g/L butanol. Nồng độ acetone và ethanol lần lượt là 3.9 và 0.4 g/L. Năng suất đạt được là 0.17 ± 0.006 g/L.h và hiệu suất là 0.39 ± 0.025. Trong khi đó quá trình lên men từ đường xylose cho nồng độ ABE đạt 9.6 ± 0.4 g/L với năng suất trong 60 giờ lên men đạt 0.16 ± 0.01 g/L.h và hiệu suất là 0.39 ± 0.011.
Hình 7: Nồng độ các sản phẩm thu được trong quá trình lên men ABE từ chủng C.beijerinckii BA101, (A): Glucose, (B): Xylose
Kết quả lên men đã cho thấy nồng độ ABE thu được từ glucose và xylose xấp xỉ bằng nhau, N. Qureshi và cộng sự đã kết luận khả năng sử dụng đường xylose của C.beijerinckii là tương đương so với glucose.
Những kết quả trên cho thấy các loài Clostridium đều có khả năng sử dụng đa dạng nhiều loại đường khác nhau (hexose và pentose) đặc biệt phát triển rất tốt trên cơ chất là đường glucose. Trên môi trường là hỗn hợp nhiều loại đường khác nhau, Clostridium cũng cho thấy khả năng lên men khá tốt. Điều này chứng tỏ việc sử dụng các nguồn phế phẩm nông nghiệp có chứa sinh khối lignocellulosic (biomass) làm cơ chất cho quá trình lên men ABE là khả thi. Khi thủy phân các nguồn sinh khối chứa lignocellulosic sẽ cho ra hỗn hợp nhiều loại đường, việc thủy phân có thể tách riêng hay thực hiện đồng thời với quá trình lên men. Nhiều n...
