Nghiên cứu Khoa học Giảng Viên

Đề tài cấp cơ sở. Đã nghiệm thu.

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Thanh Sang
Đơn vị phối hợp thực hiện: Trường ĐH Công nghệ Sài Gòn (STU)
Đề tài đã công bố 1 bài báo trên tạp chí Khoa học và đào tạo số 01/2020 (mã số: TC02/19.08)

1. Giới thiệu chung về đề tài:
Trong những thập niên gần đây, thế giới luôn cảnh báo về nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt. Trước tình hình đó, con người càng quan tâm đến những nguồn năng lượng mới, đặc biệt là nhiên liệu sinh học. Tiêu biểu nhất là sử dụng vi sinh vật để sản xuất ethanol từ các nguồn sinh khối lignocellulose rẻ tiền và phổ biến ở khắp mọi nơi. Tuy nhiên, quá trình xử lý sinh khối trong quy trình sản xuất ethanol sẽ tạo nên những thành phần không mong muốn cho quá trình lên men tiếp theo, cụ thể là sự hình thành các acid yếu (acid acetic, acid formic, acid levulinic), furfural, 5-hydroxymethyl-2-furfural và các hợp chất phenolic. Những hợp chất này ức chế sự sinh trưởng của nấm men làm cho thời gian lên men kéo dài và giảm nồng độ ethanol thu được, từ đó làm tăng giá thành sản phẩm.

Acid acetic được xem là một chất ức chế nấm men mạnh mẽ. Các nghiên cứu về cơ chế gây độc của acid acetic với nấm men đã được khảo sát. Acid acetic có thể khuếch tán qua màng tế bào và gây ra sự acid hóa tế bào chất làm vô hoạt enzyme, kết quả là tế bào sẽ bị thiếu năng lượng để duy trì hoạt động trao đổi chất. Acid acetic còn gây ra sự tích tụ các phân tử hóa học chứa oxy có khả năng phản ứng (Reactive oxygen speicies) có thể gây stress oxy hóa cho tế bào, thậm chí gây chết cho tế bào.

Để sản xuất ethanol ở quy mô công nghiệp từ nguồn sinh khối lignocellulose, việc phát triển các vi sinh vật có khả năng chuyển hóa hoặc chịu được chất ức chế nồng độ cao sau quá trình tiền xử lý nguyên liệu thực vật đã trở thành điều kiện tiên quyết. Một trong những giải pháp được đưa ra là cố định tế bào trong chất mang. Khi đó chất mang sẽ “bảo vệ” tế bào và làm tăng khả năng chịu ức chế của tế bào khi môi trường lên men có các chất ức chế. Trong số các phương pháp cố định khác nhau, bao gói tế bào được xem là một phương pháp đầy hứa hẹn vì có nhiều ưu điểm so với các phương pháp cố định khác.

Kluyveromyces marxianus là một loài nấm men được nghiên cứu nhiều trong thời gian gần đây để lên men ethanol do có khả năng lên men được nhiều loại đường khác nhau, chịu được nhiệt độ cao và tốc độ sinh trưởng nhanh. Tuy nhiên, ảnh hưởng của acid acetic đến quá trình lên men ethanol bởi tế bào K. marxianus tự do và cố định đến nay vẫn chưa được công bố.

2. Các mục tiêu của đề tài:

• So sánh khả năng sinh trưởng và lên men ethanol của nấm men Klyveromyces marxianus tự do và cố định trong gel alginate khi môi trường lên men có chứa chất ức chế là acid acetic từ đó xác định nồng độ acid acetic ảnh hưởng đến khả năng lên men của nấm men cố định.
• Đánh giá khả năng tái sử dụng của nấm men Klyveromyces marxianus cố định khi môi trường lên men có chứa acid acetic.

3. Các kết quả chính của đề tài:
Nội dung 1: Ảnh hưởng của nồng độ acid acetic trong môi trường đến sự sinh trưởng và lên men của nấm men tự do và cố định.

• Klyveromyces marxianus cố định có khả năng sinh trưởng ở nồng độ acetic acid cao hơn so với nấm men tự do. 
• Nấm men cố định đã thay đổi thành phần acid béo màng tế bào để thích nghi với điều kiện nồng độ acid cao
   

Nấm men cố định trong gel Alginate

Nội dung 2: Khả năng tái sử dụng của nấm men cố định theo phương pháp lên men chu kì.
-    Nấm men cố định có thể tái sử dụng 28 lần trong điều kiện có acetic acid trong môi trường với nồng độ 4g/L. Thời gian lên thì của nấm men cố định thấp hơn nấm men tự do từ 21.8% đến 58.9% và hàm lượng ethanol sinh ra trong môi trường của nấm men cố định cao hơn nấm men tự do từ 14-18%
 

Sinh khối nấm men cố định và tự do