Một nhóm các nhà khoa học ở Trường Cao đẳng Khoa học Nông nghiệp thuộc Đại học bang Pennsylvania đã phát triển thành công một phương pháp chuyển đổi rác khoai tây thừa thành cồn sinh học (bioethanol). Phương pháp này được cho là sẽ giảm chi phí sản xuất năng lượng sinh học trong tương lai và mang lại giá trị tăng thêm cho các nhà sản xuất khoai tây chiên.
Trong phương pháp này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng những phần thừa của khoai tây sau khi chế biến để kích thích đồng thời quá trình thủy phân tinh bột thành đường và quá trình lên men (chuyển đường thành cồn sinh học bằng nấm men hoặc những vi sinh vật khác trong thiết bị lên men). Trong thiết bị lên men, nấm mốc Aspergillus niger và nấm men Saccharomyces cerevisiae được cho vào để xúc tác quá trình chuyển hóa nguyên liệu thành cồn sinh học. Thiết bị lên men này có cấu trúc nhựa đặc biệt giúp tăng cường sự hình thành màng mỏng sinh học (biofilm) và thúc đẩy vi sinh vật tăng sinh.
Nói riêng về màng mỏng sinh học biofilm. Đây là một cơ chế tự nhiên để cố định các tế bào vi sinh lên một vật liệu rắn. Khi biofilm hình thành, mật độ vi sinh vật lúc này sẽ cao hơn và giúp vi sinh vật chống chọi tốt hơn với môi trường khắc nghiệt, từ đó gia tăng được năng suất lên men. Trong mô hình nghiên cứu của nhóm các nhà khoa học này, biofilm có vai trò đặc biệt quan trọng vì nó giúp duy trì hoạt động của nấm men ngay cả khi nhiệt độ lên men phải được nâng lên cao để cho các enzyme của nấm mốc hoạt động.
Nội dung
Những kết quả đầy hứa hẹn với lĩnh vực sản xuất cồn sinh học
Qua thí nghiệm, điều kiện hoạt động tối ưu của một thiết bị lên men biofilm là 95 độ F (35 độ C) và pH là 5.8, không thông khí.
Sau 72 giờ, nồng độ cồn cao nhất là 37.93 gram/lít. Năng suất là 0.41 gram cồn trên 1 gram tinh bột. Sản lượng này ngang ngửa với phương pháp sản xuất cồn truyền thống, vào khoảng 37.05 gram cồn/lít. Tuy nhiên, phương pháp truyền thống đòi hỏi phải sử dụng thêm enzyme thương mại và quá trình lên men diễn ra ở nhiệt độ cao.
Như vậy, nhờ vào việc loại bỏ việc sử dụng enzyme bên ngoài và không cần nhiệt độ phản ứng cao, phương pháp đồng nuôi cấy sử dụng biofilm để lên men cồn sinh học từ rác thừa khoai tây hứa hẹn giúp cắt giảm chi phí của việc sản xuất cồn sinh học.
Innovative new method to produce ethanol from potato waste
Researchers in Pennsylvania have developed a new method for converting potato waste into ethanol, a process they claim could reduce production costs for biofuels in the future and provide extra value for chip makers.
The team from the Penn State University’s College of Agricultural Sciences used potato mash made from the peelings and potato residuals from a Pennsylvania food-processor to trigger simultaneous saccharification (the process of breaking down the complex carbohydrate starch into simple sugars) and fermentation (where sugars are converted to ethanol by yeasts or other microorganisms in bioreactors.)
Adding mold and yeast — Aspergillus niger and Saccharomyces cerevisiae, respectively – to the bioreactor catalysed the conversion of the potato waste into bioethanol. The reactor had plastic composite supports to encourage and enhance biofilm formation and increase the microbial population.
Biofilms are a natural way of immobilising microbial cells on a solid support material. Microbial cells are abundant and more resistant to environmental stress when in a biofilm, resulting in higher productivities. These biofilm benefits were especially beneficial to the researchers’ application as the mold enzyme activity required higher temperature and the yeast had to tolerate this.
Promising results
The optimal conditions for a biofilm reactor were found to be 95 degrees Fahrenheit, and a pH of 5.8 with no aeration.
After 72 hours, the researchers achieved a maximum ethanol concentration of 37.93 grams per litre. The yield was 0.41 grams or ethanol per gram of starch.
“These results are promising, because the co-culture biofilm reactor provided similar ethanol production — 37.93 grams per leader — compared to the conventional ethanol production — 37.05 grams per liter — which required pre-treatment with added commercial enzymes at a higher temperature,” Ali Demirci, professor of agricultural and biological engineering at Penn State and the study leader, said.
“Therefore, eliminating the externally added enzyme and energy costs will certainly reduce the cost of bioethanol production.”
Gulten Izmirlioglu, a doctoral student in agricultural and biological engineering when the study was conducted, believes the findings, which show plastic composite supports can be used for simultaneous saccharification and fermentation processes in biofilm reactors with co-cultures when producing ethanol, could be significant for industry.
“Overall, bioethanol production from starchy industrial wastes can be improved with application of biofilm reactors, while the production cost is reduced with integrations of the simultaneous saccharification and fermentation process and co-culturing,” she said.
The research has been published in the journal Fuel.
Bài dịch thuộc sở hữu của sinhhocphantu.net và Labster Việt Nam.
2,534 total views, 1 views today
