công nghệ sinh học
TRANSCRIPT
Giảng viên: Ks. Trần Văn Chí
Sinh viên : Dương Thị Lan
Lớp : K39 - BQCB
Mục lụcĐặt vấn đề
Nội dung
1. Ứng dụng công nghệ lên men VSV tạo ra khí metan
2. Ứng dụng công nghệ lên men VSV tạo ra ethanol
3. Ứng dụng công nghệ lên men VSV tạo ra nguồn năng lượng mới trong tương lai
Tài lệu tham khảo
Đặt vấn đề
Nội dung
1. Ứng dụng công nghệ lên men trong sản xuất
Khí metan – Phương pháp biogas
Để sản xuất khí metan dùng để cho sản xuất người ta thường sủ dụng phương pháp biogas. Đây là quá trình ủ phân rác, phân hữu cơ, bùn cống rãnh, để tạo ra nguồn khí sinh học sử dụng trong hộ gia đình hay trong sản xuất.
Thành phần Khí Biogas : CH4, CO2, N2 ,H2, H2S …, trong đó CH4, CO2 là chủ yếu.
2.1. quy trình sản xuất
Sơ đồ quá trình lên men
Quá trình lên men metan chia làm 3 giai đoạn
Chất hữu cơ, carbohydrates , chất béo , protein .
Khối Vi khuẩn
H2 ,CO2
Acid acetic
Acid propionic , Acid butyric ,Các rượu khác và các thành phần khác
Khối Vi khuẩn
H2 , CO2
Acid acetic
Khối Vi Khuẩn
CH4,
CO2
Giai đoạn I Giai đoạn II Giai đoạn III
Quá trình lên men metan chia làm 3 giai đoạn
Chất hữu cơ, carbohydrates , chất béo , protein .
Khối Vi khuẩn
H2 ,CO2
Acid acetic
Acid propionic , Acid butyric ,Các rượu khác và các thành phần khác
Khối Vi khuẩn
H2 , CO2
Acid acetic
Khối Vi Khuẩn
CH4,
CO2
Giai đoạn I Giai đoạn II Giai đoạn III
Tác dụng của vi khuẩn Vi khuẩn Vi khuẩn sinh khí lên men và thủy phân acetogenic Metan
Giai đoạn I :
• Chất hữu cơ phức tạp:
• Chất hữu cơ đơn giản
(PROTEIN, A.AMIN, LIPID)
Vi khuẩnclosdium bipiclobacterium, bacillus gram âm không sinh bào tử, staphy loccus.
(ALBUMOZ PEPIT,GLYXERIN, A.BÉO)
Ở giai đoạn I này nhờ vào vi sinh vật các hydrates carbon acid có phân tử lượng thấp (C2H5COOH, C3H7COOH, CH3COOH …) và pH môi trường ở dưới 5 nên gây thối.
Giai đoạn II : hình thành acid (pha acid)Các chất hữu cơ phân hủy thành các axit hữu cơ, CO2, H2 và các sản phẩm khoáng hóa khác dưới tác dụng của enzym cellulosase: CxHyOz → các axit hữu cơ, CO2, H2
Các vi khuẩn tham gia trong pha này :
Vi khuẩn Sản phẩm (acid) tạo được
Bacillus cereus
Bacillus knolkampi
Bacillus megaterium
Bacterodies succigenes
Clostridium carnefectium
Clostridium cellobinharus
Clostridium dissolves
Clostridium thermocellaseum
Pseudomonas
Ruminococcus sp
A.axetic, A.lactic
A.axetic, A.lactic
A.axetic, A.lactic
A.axetic, A.sucinic
A.formic, A. axetic
A.lactic, Etanol, CO2
A.formic, A.axetic
A.lactic, A.sucinic, Etanol
A.formic, A.axetic, A.lactic, A.sucinic, Etanol
A.formic, A.axetic,A.sucinic
Hình ảnh của vi khuẩn bacillus cereus
Giai đoạn III : hình thành khí MetanSản phẩm của pha acid là nguyên liệu để phân huỷ
ở giai đoạn này, tạo ra hỗn hợp khí : CH4, CO2, H2S, N2, H2, và muối khoáng (pH của môi trường chuyển sang kiềm).
Ở giai đoạn này các axit hữu cơ, CO2, H2 tiếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn metan: CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O CO + 3H2 → CH4 + H2O 4CO + 2H2 → CH4 + 3CO2
4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 3H2O 4CH3OH → 3CH4 + 2H2O + CO2
CH3COOH → CH4 + H2OCác vi khuẩn tham gia :
Vi khuẩn Sản phẩm cơ chất
Methanobacterium omelianskii
Methanopropionicum
Methanoformicum
Methanosochngenii
Methanosuboxydans
Methanosarcina barkerli
Methanococcusvanirielli
Methanorumin anticum
Methanococcusmazei
Methanosarcinamethanica
CO2, H2, rượu bậc I và rượu bậc II
A.Propionic
H2,CO2, A.formic
A.acetic
Acid(butyric,valeric, capropionic)
CO2, H2, A.acetic, Metanol
H2, A.formic
H2, A.formic
Acid( acetic, butyric )
Acid( acetic, butyric )
Các phản ứng hoá học của quá trình lên men kỵ khíCao p.tử CO2 + H2 + CH3COO- .
+C2H5COOH + C3H8COOH
CH3COO- + H2O CH4 +HCO3- + Q
4H2 + HCO3- +H2O CH4 + H2O + Q
Các phản ứng sinh hoá xảy ra chủ yếu trong quá trình lên men yếm khí :
Phương trình Năng luợng
4H2 + H+ + HCO3- CH4 + 3H2O
TỪ FORMIATE
4HCOOH CH4 + 3HCO3- + 3H+
HCOOH H2 + CO2
TỪ ACETATE
CH3COO- +H2O CH4 +3HCO3-
TỪ PROPIONATE
C2H5COO- +2H2O CH3COO- +3H2 . + CO2
C2H5COO- + 2H2O 7/4 CH3COO- + .. 5/4 H2O +3/2 H2O
-136
-130
-30
+80
-53
Phương trình Năng lượng
METHANOL
4CH3OH + H2O CH3COO- + 3H+ + H2O
ETHANOL
C2H5OH +H2O CHCOO- + 5H2 + CO2 + H+
C2H5OH + H2O 3/2CH4 +1/2CO2 +H2O
PROPANOL
C3H7OH +3H2O CH3COO- +5H2 +CO2 + H+
C3H7OH +3H2O 9/4CH4 + 3/4CO2 + 5/2H2O
-314
+2
-96
+84
-118
2.2. Các vi sinh vật trong bể Biogas
Sự tăng trưởng của vi khuẩn và các vi khuẩn trong bể tùy thuộc loại phân sử dụng và điều kịên nhiệt độ. Có 2 nhóm vi khuẩn tham gia trong bể biogas như sau: 1. Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose 2. Nhóm vi khuẩn sinh khí metan.
* Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose:
Những vi khuẩn này đều có enzym cellulosase và nằm rải rác trong các họ khác nhau, hầu hết các trực trùng, có bào tử (spore). Clostridium, Plectridium
Clostridium
* Nhóm vi khuẩn sinh khí metan:Nhóm này rất chuyên biệt và đã được nghiên
cứu kỹ lưỡng bởi W.E.Balch và cộng tác viên ở USA (1997), được xếp hạng thành: 3 bộ (Order) 4 họ (Family) 17 loài (Genus)
Mét sè loµi vi khuÈn sinh khÝ mªtan
Methanothermus
Methanospirillum
Methanosarcina
Methanococcus
Methanomicrobium Methanobacterium
Methanogenium Methanoculleus Methanosaeta
Loại hấm sinh khí kiểu vòm cố định
Loại hầm sinh khí có nắp đậy di động
Loại hầm sinh khí kiểu túi
Hầm sinh khí có hình cầu tròn
* Ứng dụng công nghệ BiogasQuy mô nhỏ ở hộ gia đình Quy mô sản xuất trung bìnhQuy mô lớn
Sử dụng biogas ở quy mô nhỏ
• Máy phát điện chạy bằng Biogas
• Đèn sử dung khí Biogas
Xe hơi , tàu hoả sử dụng nhiên liệu biogas
2. Ứng dụng công nghệ lên men VSV sản xuất cồn thanol
Các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu khoa học quốc gia Mỹ (NAS) đã tạo ra được một loại vi khuẩn theo phương pháp di truyền học, có thể giúp giảm giá thành sản xuất của cồn ethanol từ hợp chất cellulose.
Loại vi khuẩn này sẽ giúp kích thích sự lên men của cellulose một cách hiệu quả hơn.
Loại vi khuẩn mới này, được gọi là ALK2, có thể giúp lên men tất cả các loại đường ở nhiệt độ 50 độ C, trong khi các loại vi khuẩn thông thường khác không thể làm được điều này khi nhiệt độ vượt quá 37 độ C.
Với vi khuẩn ALK2, phương pháp sản xuất cồn từ cellulose - một loại đường có trong thân cây ngô hay mùn cưa - có ưu điểm trong việc sản xuất nhiên liệu sạch vừa góp phần chống lại sự biến đổi khí hậu
3. Ứng dụng công nghệ lên men VSV tạo ra nguồn năng lượng mới trong tương lai
Khi những mỏ dự trữ dầu toàn cầu và những khám phá xăng dầu mới sẽ không đủ để giải quyết như cầu hàng năm của toàn thế giới. Do đó, cần phải dự đoán và tránh sự thiếu hụt năng lượng trong tương lai, đồng thời cung cấp những chọn lựa năng lượng sinh học mới cho thị trường.
Vi khuẩn E.coli. Nguồn năng lượng trong tương lai
Vi khuẩn có thể giúp giải quyết vấn đề năng lượng, và tập trung vào những sinh vật lên men sinh khối lignocellulosic để tạo ra ethanol, butanol, diesel và hydrocacbon sinh học
Theo giáo sư Arnold Demain từ Đại học Drew, New Jersey, Hoa Kỳ
Tài liệu tham khảo - http:www.Vietbao.com
- http:www.Khoahocdoisong.com
- http://www.dostbentre.gov.vn/index.php? option=com_content&task=view&id=358&Itemid=85