THÔNG TIN VỀ LUẬN ÁN TIẾN SĨ
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
Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm Mã ngành: 62.54.01.01
Họ tên nghiên cứu sinh: Đỗ Viết Phương
Khóa đào tạo: 2014 – 2018
Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Lê Nguyễn Đoan Duy
Người hướng dẫn phụ: TS. Phạm Văn Tấn
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Cần Thơ
1. Tóm tắt nội dung luận án:
Luận án nghiên cứu một số phương thức trích ly ảnh hưởng đến hiệu suất khử caffeine và polyphenol trong vỏ quả cà phê như trích ly thông thường, trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng và trích ly có sự hỗ trợ của siêu âm. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu suất khử caffeine và polyphenol bằng phương pháp trích ly có sự hỗ trợ vi sóng đạt 92,3% (đối với caffeine) và 87,7% (đối với polyphenol) cao hơn so với hai phương pháp còn lại. Tuy nhiên, vì lý do kinh tế và tính khả thi nên phương pháp trích ly thông thường bằng nước nóng được lựa chọn cho việc khử caffeine và polyphenol.
Sử dụng các tác nhân khác nhau để tiền xử lý vỏ quả cà phê như: acid loãng, kiềm loãng, nấm mục trắng, vi sóng và sự kết hợp của các tác nhân trên nhằm tìm ra phương pháp tiền xử lý thích hợp nhất trên đối tượng vỏ quả cà phê có thành phần chất xơ lần lượt là: cellulose chiếm 25,88%, hemicellulose chiếm 3,6% và lignin chiếm 20,07%. Kết quả khi so sánh các phương pháp tiền xử lý khác nhau cho thấy, tiền xử lý bằng phương pháp kết hợp acid-kiềm-vi sóng đạt hiệu quả cao nhất khi loại bỏ được 71,4% hemicellulose và 79,2% lignin nhưng vẫn giữ lại được 69,5% cellulose ở điều kiện xử lý: H2SO4 2% ở 140oC trong thời gian 45 phút, NaOH (0,2 g/g) ở 120oC trong thời gian 20 phút và vi sóng ở mức công suất 327 W trong vòng 20 phút.
Nghiên cứu cũng tập trung vào quá trình phân lập và tuyển chọn chủng nấm mốc Trichoderma từ các nguồn: Đất, cành lá, thân gỗ mục và quả cà phê hỏng. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, trong số 5 dòng nấm mốc phân lập được thì chủng Trichoderma asperellum QT5 (phân lập từ quả) có khả năng sinh tổng hợp cellulase hoạt tính cao nhất và đạt 1,17 U/mL (CMCase) sau 48 giờ nuôi cấy trên môi trường lỏng cơ bản. Sau đó enzyme cellulase thô được tinh sạch sơ bộ bằng ethanol (tỷ lệ enzyme:ethanol là 1:3,5) thì hoạt tính CMCase tăng lên đáng kể (21,72 U/mL).
Ngoài ra, khi ứng dụng enzyme cellulase thu nhận được vào quá trình thủy phân và lên men kết quả cho thấy, đường khử trong dịch thủy phân bởi cellulase thu nhận được là 26,02 g/L thấp hơn so với thủy phân bằng enzyme thương mại Viscozyme (38,21 g/L). Tuy nhiên, khi so sánh về chi phí/1 g ethanol tạo ra thì enzyme cellulase thu nhận được cho hiệu quả tương đương với enzyme thương mại.
Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, phương pháp lên men SHF (thủy phân và lên men độc lập) cho hiệu quả thủy phân cao hơn SSF (thủy phân và lên men đồng thời) và SHF+SSF nếu không xem xét đến mặt thời gian nhưng ngược lại phương pháp lên men SSF cho hiệu quả cao hơn nếu xét trong cùng một khoảng thời gian như nhau.
2. Những kết quả mới của luận án:
Cung cấp số liệu đầy đủ về thành phần hóa học vỏ quả cà phê vối (Coffea robusta) ở Việt Nam. Đồng thời khẳng định được vỏ quả cà phê là nguồn sinh khối lignocellulose phù hợp để sản xuất ethanol.
Đề xuất được giải pháp tiền xử lý có sự hỗ trợ của vi sóng để giảm đáng kể lượng hóa chất sử dụng (chỉ sử dụng kiềm loãng, acid loãng), giúp giảm ảnh hưởng đến môi trường và tăng hiệu suất; sự cần thiết của việc điều chỉnh thứ tự của các bước tiền xử lý theo thành phần nguyên liệu.
Đánh giá được sự hình thành và tác động của một số chất hóa học nguy hại cho quá trình lên men và đề xuất được giải pháp loại trừ.
Thu nhận được enzyme cellulase từ dòng nấm mốc Trichoderma asperellum (QT5) được phân lập từ bề mặt vỏ quả cà phê hỏng, ứng dụng có hiệu quả trong thủy phân vỏ quả cà phê vối.
Thông tin từ kết quả nghiên cứu là tư liệu khoa học cho việc nghiên cứu về ethanol sinh học từ các nguồn phụ phẩm có hàm lượng lignin cao, sử dụng trong giảng dạy về quản lý và tận dụng phụ phẩm trong sản xuất thực phẩm.
3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu:
Đề tài có tính khả thi cao vì nguồn nguyên liệu vỏ quả cà phê ở Việt Nam rất dồi dào. Bên cạnh đó các chế phẩm enzyme cellulase đã được thương mại hóa. Tuy nhiên, cần thực hiện một số khảo sát làm cơ sở cho việc phát triển sản phẩm với quy mô công nghiệp, cụ thể như sau:
Để nâng cao hiệu quả của quá trình tiền xử lý cũng như quá trình thủy phân, nên nghiên cứu các giải pháp thu hồi lượng đường khử từ dịch tiền xử lý để bổ sung ngược vào quá trình lên men hoặc là lên men riêng.
Để cải thiện hiệu quả của quá trình thủy phân cellulose bởi enzyme cellulase, trong các nghiên cứu tiếp theo nên đi sâu tìm hiểu cơ chế quá trình hấp thụ của enzyme cellulase lên bề mặt phân tử cellulose. Có thể tăng quá trình hấp thụ này bằng cách bổ sung một số chất hoạt động bề mặt như: Tween 80, Pluronic F68, Polyoxyethyleneglycol, Emulgen 147, Neopelex F-25 hay Cationic Q-86W.
Để giảm hơn nữa chi phí cho các quá trình thủy phân và quá trình lên men, trong thời gian tới nên mở rộng nghiên cứu để tìm ra những phương pháp nhằm sử dụng hiệu quả một số enzyme cố định và nấm men cố định khác.
