Hỏi: Xin cho biết phương pháp sản xuất bioethanol từ hạt dưa hấu? (Việt Cường, Tp.HCM).
Đáp: Sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào những năm 1970, nghiên cứu và phát triển bioethanol như một nguồn năng lượng thay thế và nguyên liệu chủ yếu lấy từ sinh khối cây trồng như ngô, mía đường hoặc từ gỗ được quan tâm nhiều. Tuy nhiên, việc sản xuất bioethanol từ ngô và mía gặp phải khó khăn về cung-cầu nguyên liệu và giá thành kể từ khi giá ngũ cốc tăng nhanh trong đầu năm 2008. Còn nguồn sinh khối gỗ cho năng suất ethanol cao, nhưng sản xuất ethanol từ gỗ phải xử lý enzyme đường hóa cellulose và hemi-cellulose, đồng thời gỗ có chứa khoảng 15 đến 25% lignin gồm nhiều hợp chất thơm kỵ nước phải xử lý phức tạp để loại bỏ phần lignin này nên chi phí tăng cao. Hơn nữa, sử dụng nhiều gỗ sẽ dẫn đến suy thoái rừng, làm trái đất nóng lên, gây hại nghiêm trọng môi trường.
Để giải quyết những vấn đề trên, sáng chế US20120045810 của tác giả Baek Young Song (Daejeon, Hàn Quốc) đăng ký tại Mỹ năm 2012 cung cấp phương pháp sản xuất bioethanol sử dụng hạt dưa hấu, một loại rác thải thực phẩm trong gia đình, trang trại, v.v, … Hầu hết các hạt dưa hấu đều chứa 41,6% carbohydrate như sucrose, glucose, fructose…, 27,4% acid béo, 18,9% protein, và các thành phần khác như khoáng chất, vitamin, hoặc các loại tương tự.
Phương pháp sản xuất bioethanol theo sáng chế này gồm các công đoạn chính như sau:
• Khử trùng hạt ở 121 độ C từ 10 đến 20 phút trong điều kiện yếm khí. Nếu hạt dưa không được khử trùng trong điều kiện thích hợp sẽ sinh nhiều nấm mốc, làm giảm năng suất.
• Nghiền mịn, nhằm tạo hiệu quả cao trong quá trình lên men.
• Loại trừ axit linoleic khỏi hạt dưa hấu bằng cách dùng acid acetic khan hoặc alcohol. Tốt nhất là thêm vào axit axetic khan từ 1-3 lần tổng trọng lượng hạt dưa hấu.
• Chuẩn bị dung dịch nấm men: một lít nước cất cộng thêm 5g chiết xuất nấm men (các dòng nấm men có thể sử dụng như: saccharomyces cerevisiae KCCM 1129, saccharomyces cerevisiae KFCC 11352 hoặc saccharomyces sache KFCC 11513), 5g peptone, 5g glucose; có thể tăng lượng khoáng chất bằng cách thêm: 1g (NH4)2SO4, 1g KH2PO4, 1g K2HPO4, 0,2g MgSO4.H2O, 0,1g chiết xuất nấm men, 10mg FeSO4, 2mg CaCl2, 2mg MgSO4 và 2mg ZnSO4.
• Phối trộn theo trọng lượng giữa những hạt dưa đã loại bỏ acid linoleic và dung dịch nấm men với tỷ lệ từ 01:08 đến 01:12.
• Tiếp theo khuấy đều với tốc độ từ 100 đến 300 vòng/phút tại 25-35 độ C trong 5-15 ngày để tiến hành quá trình lên men.
Nấm men Saccharomyces cerevisiae
Ví dụ: Sản xuất ethanol từ các chủng nấm men khác nhau
Bước 1: chuẩn bị 3 loại dung dịch nấm men (Saccharomyces cerevisiae KCCM 1129, Saccharomyces cerevisiae KFCC 11352 và Saccharomyces sache KFCC 11513), đặt ở nhiệt độ phòng từ 25 đến 30 độ C để kích hoạt. Sau khi khử trùng hạt dưa hấu ở 121 độ C từ 10 - 20 phút dưới điều kiện kỵ khí và nghiền bằng máy xay, cho hạt dưa hấu phản ứng với acid acetic khan để loại bỏ axit linoleic. Tiếp theo, những hạt đã xử lý được chia thành ba phần, mỗi phần 10g.
Bước 2: ba phần được cho vào ba đĩa Petri và 3 chủng nấm men khác nhau được tiêm vào 3 đĩa tương ứng: 100g dung dịch nấm men có chứa Saccharomyces cerevisiae KCCM 1129 cho vào đĩa thứ nhất, 100g dung dịch nấm men có chứa nấm men Saccharomyces cerevisiae KFCC 11352 cho vào đĩa thứ 2 và 100g dung dịch nấm men có chứa Saccharomyces sache KFCC 11513 cho vào đĩa thứ 3. Sau đó, thêm vào mỗi nhóm 900g nước cất, tiếp theo lên men ở 30 độ C và khuấy 180 vòng/phút trong 10 ngày.
Kết quả thu được 42,5 ml ethanol từ đĩa 1; 36,5 ml ethanol từ đĩa 2 và 38,2 ml ethanol từ đĩa 3.
Từ kết quả trên cho thấy lượng ethanol thu được bằng cách sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae KCCM 1129 cho năng suất sản xuất ethanol cao nhất.
Phương pháp sản xuất bioethanol từ hạt dưa hấu theo sáng chế này thân thiện với môi trường và năng suất cao (trên 4.000 lít/ha), so với lên men ethanol từ bắp, (thường năng suất khoảng 3.100 lít/ha). Bên cạnh đó, lượng khí thải dioxide carbon có thể giảm tối đa 90% hoặc hơn so với ethanol sản xuất công nghiệp, và giảm đáng kể phát thải các chất độc hại khác như benzen, carbon monoxide, v.v...
STINFO Số 7/2012.
