TAP CHI
KHOn HOC & P f l O TIÌO
FI-l'LMI-il-HNiNfi^m^ffii; ISSN: 2354 - ose?
XÀC DINH THÀNH PHÀN HÓA HOC CÙA MOT SÓ LOÀI RONG NIJ-ÓC LO Ò KHU v y c OÓNG BANG SONG CCfU LONG DE SU' DUNG LÀM NGUYÉN
LIÉU TRONG SAN XUÀT ETHANOL SINH HOC
DETERMINATION OF CHEMICAL COMPOSITION OF SOME BRACKISH WATER ALGAE IN MEKONG DELTA FOR USING AS MATERIAL IN
BIOETHANOL PRODUCTION
•~^*. Nguyén Minh Hai
^ r j ; : ^ ^ Hoàng Kim Anh Dei hgc Còng nghè Sài Gòn Le Vàn Viét Man Dai hoc Bach Khoa Tp.HCM TOM T A T
Nghién cùu này dwac thu^ hién nhàm dành già tiém nàng sw dung mgt sé loài rong nwac Ig làm nguyén lièu trong qua trinh sin xuàt ethanol sinh hpc. Mot só loài rong nwàc li? mQC tw nhién trong càc ao nuòi tóm t$i khu virc dàng bang song Cwu Long dà dwfrc sù dung iàm miu phàn tich. Rong dwac dành già qua càc chi tiéu ve thành phàn hóa hgc ca bàn (dàc biét ià carbohydrate). Kèt qua elio thay trong 4 nhóm rong dwgc khào sàt, rong Chaetomorpha sp. co hàm iwang carbohydrate cao nhat (44,25% trpng luvng khó). Càc màu rong Chaetomorpha song ò tàng mài và tàng giùa cùa thùy vue cho hàm iwang carbohydrate cao han so vài càc màu rong & tàng day (45-46% so vài 36% trong limS khó). Vài thành phàn dwàng glucose chiém ty lè cao nhàt (70-72% so vài tóng Iwgng dwàng trong car- bohydrate cùa rong;, rong Chaetomorpha co tiém nàng làn trong viéc sù dung thay thè ngu eoe làm nguyén liéu san xuàt ethanol sinh hoc.
Tw khóa. ethanol sinh hgc, rong nwàc lo, Chaetomorpha, thành phàn hóa hgc, carbohydrate A B S T R A C T
The objective ofthis study was assessment of potential of some brackish water macroalgae as sob- stituted material for cereale in the production ofbioethanol Some species of brackish water macroalgae in shrimp ponds in several locations in M e t o n g Delta was used as samples for analysis. Aigae was determlned basic Chemical compositlon (carbohydrates especially). in addition, the change in chemieal composltion of algae with different water depths has also been obsen,ed Resuits showed that algae Chaetomorpha sp. had highest carbohydrate content (44.26 % dry weight) among 4 groups of macroal- gae Chaetomorpha samples iiving in the eplpeiagic and mesopelagic layer had higher carbohydrate content than benthic samples (45-46 % dry weight compared with 36 %). Along with glucose component had highest content (70-72 % in total carbohydrate), Chaetomorphasp. was great potential algae as substituted materieis for bloethanol production.
hydrate
Key words: Brackish water macroalgae, bloethanol, Chaetomorpha, chemieal compositlon, carte- Irate
ISSN: 2354-0567
T A P CHI
KHOn HOC & DflO TAO
H-i'iJiHi-in-iMwaaaiBEg
L G I à i thjéu
Hién nay, cùng v à i viéc can kièt dàn nguèn nhién lièu hóa thach, nhu càu vè nhién liéu sinh hpc (bloethanol, bìofuel) dang ngày càng già tàng trèn thè giài. Phàn làn ethanol sinh hoc hién nay du'ac san xuàt t à nguòn nguyén lièu ngu eoe nhu- bép, khoai mi... My và Brazil là hai quóc già san xuatvà tiéu thu ethanol sinh hoc làn nhàt trèn thè giài [1] Tuy nhièn cùng vài su' già tàng dàn sé và sii suy giàm dién tfch dàt nòng nghiép, vièc s a dung ngù cèc de san xuàt ethanol làm tàng nguy cff canh tranh lu'ang thu'c vài con ngu'ài. Do dò, Vlée tim kiém nguèn nguyén lièu thay thè là rat càn thiét
Nguòn nguyén lièu eò trièn vong thay thè eho ngù cóc trong san xuàt ethanol sinh hoc là ligno- cellulose (thu'c vàt trèn can). Vièc thùy phàn lig- nocellulose thành eàe du'àng dan eò thè lén men 6uac thu'c hièn bang nhièu phu'ang phàp hóa hoc hoàc enzyme. Tuy nhièn, chuyén hóa lignoeellu- lose thành daòng dan gap khà nhièu khó khan do cau trùc vàng chàe cùa sinh khói thyc vàt trèn can 0 è chuyèn hòa lignocellulose càn s a dung càc tàc nhàn x à 1^ manh và he enzyme tòt, do dò làm cho qua trinh tra nèn phàc tap và tàng chi phi san xuàt [2] Vièc s a dung nguon sinh khòi ligno- cellulose trong san xuàt ethanol sinh hoc con eó thè tàc dóng dén thàm thu'c vàt trén can và tao ra càc vàn de vè mói tru'àng [3].
Nguon nguyén lièu t h à ba co thè du'ac s a dung trong san xuàt ethanol sinh hge là sinh khói rong bièn Càc loài rong này eó sinh khoi làn và CÓ khà nàng tài sinh nhanh ma khòng càn nguòn nu'àc ngot de khai thac. Mot só loài rong cho hièu qua quang hgp cao han eà thu'c vàt trén can [4]
Ngoài ra, rong co it nguy ea canh tranh lu-ang thu'c so vài càc loai cày lu'ang thu'c khàc nhu' bàp và lùa mi dù mot só nu'àc chàu A s a dung rong bièn làm thiic pham, san xuàt chat tao gel, phàn bón, và thàe àn chàn nuòi [6].
Do sa bién dèi khi hàu cùng vài viée xày dàp thùy dièn trèn thu'àng nguèn song Mekong, nu'àc
man ngày càng di chuyèn sàu vào vùng chàu thè song Càu Long, tao ra vùng sinh thài nu'àc Ig.
Càc loài rong bièn di chuyèn theo nu'àc man vào trong càc khu VLPC kènh rach và thich nghi, hinh thành càc loài rong nu'àc Ig. Hién nay, eàe loai rong này moc tu' nhièn trong càc ao nuòi thùy san naàe Ig quang canh (bàn t y nhién) và càc kènh mu'ong tai nhiéu tinh ven bièn thuòc dÒng bang song Càu Long Chùng phàt tnèn rat manh trong eàe ao nuói dàc bièt là vào mùa mu-a nén r\gwù\
nòng dàn nuòi thùy san thu'àng vàt lén và vàt bò rat lang phi dòng thài gay ò nhiém mói tru'àng Do dò, nèu àng dyng d a a c nguòn rong này se tao ra nhiéu già tri thipc tién tru'àc màt cùng nhy trong taang lai.
Trong nghièn eàu này, chùng tòi tién hành thu nhàn eàc màu rong t h y à n g xuàt hién trong eàc ao nuòi thùy san cung nhy eàe kènh rach naàc la và dành già thành phàn hòa hoc, dàc bièt là thành phàn carbohydrate cùa càc loài rong này nhàm xàc dinh tièm nàng s a dung chùng de thay thè nguyén lièu ngù eòe trong san xuàt ethanol sinh hoc.
2. Nguyén lièu và phu'o'ng phàp 2.1 Rong
Càc màu rong dwac thu nhàn trong eàe ao nuói thùy san n y ò c la quàng canh à nhièu dja dièm thuòc càc tinh dèng bang song Càu Long. Rong sau khi thu hoach duac phai khò du'ài ành nàng màt trai hoàc sày trong tu sày s a dung khòng khi nòng à nhièt dò SO-BO^C. Rong khó se d y g e càt và nghièn bang mày tài kieh t h y à c khoàng I m m và s a dung de phàn tich thành phàn hóa hoc.
2.2 Xàc djnh thành phàn hóa hgc co- bàn cùa càc màu rong
Thành phàn hóa hoc ea bàn cùa càc m i u rong bao góm carbohydrate, protein, lipid, tro, àm d a a c xàc dinh theo p h y a n g phàp LAPS (Standard com- positional laboratory analytical procedure) d y a c mò tà bài Dien và còng su' (2010). Càc phyang phàp này d y a c tham khào tà eàc phaang phàp
TAPCHI x ^ . . « ^
K H o n HOC & P f l O i n o
•uiiJ.uii.iJ,^JUJJAlJ.III4-lM ISSN: 2354 - 0567
phàn tieh tièu chuàn eùa Phòng thi nghiém Nàng lygng tài tao Quóc già (NREL) My. Theo dò. pro- tein du'ac xàc dmh bang p h y a n g phàp Kjeldahl, lipid duac xàc djnh bang phuang phàp Soxhlet, càc ehi tiéu carbohydrate tèng, tro, àm duge xàc dinh theo càc phuang phàp cùa FAO và AOAC.
2.3 Phàn tich thành phàn càc duxmg don trong carbohydrate cùa rong
Thành phàn và hàm lugng cùa càc loai duòng don trong carbohydrate cùa rong duac xàc dinh bang phuang phàp HPLC [6]. Màu rong sé d u g e xà ly bang H^SO^ 72% trong 1 già de thùy phàn hoàn toàn carbohydrate thành càc duàng dan.
Màu sau thùy phàn bang acid sé Óirgc phàn tieh bang mày HPLC s ù dung eòt phàn tieh Aminex HPX-87H, vài pha dòng là dung djch H^SO^
0,005N, toc dò rùa giài là 0,6 mL/phùt và lugng màu dua vào phàn tieh là 20pL. Càc peak eùa màu sé duae so sành vài duàng chuàn de xàc dmh thành phàn và hàm lugng cùa càc duàng dan eó màt trong eàu trùc cùa carbohydrate.
3. Két qua và bién luàn
3.1 Thành phàn hóa hgc c e bàn cùa càc loai rong
Trèn 50 màu rong dà d u g e thu nhàn tai càc ao nuòi thùy san n u à c la quàng canh g nhièu dia
dièm thupc tinh Bae Lièu và mot só tinh khàcthuOc khu vue dòng bang song Cùu Long. Qua phàn logi sa bò, eó 4 gióng rong t h u a n g gap nhàt bao gòm;
Chaetomorpha sp. (thuang ggi là rong mèn), En- teromorpha sp. (rong bùn), Cladophora sp. (rong dà) và Vauchena sp. (rong da heo).
Kèt qua phàn tich thành phàn hóa hoc ce bàn cùa càc gióng rong t h u a n g gap à khu vue dong bang song Càu Long d u a e trinh bay trong bang 1. Két qua cho thày tàt eà càc màu rong thu du'O'c (tra Vaucheria) dèu eó hàm luang carbohydrate tuang dói cao t u 38 dèn 44%, co thè duac thùy phàn và tgo thành hòn hap càc duòng dan vàsau dò thành ethanol. Hàm luang carbohydrate cao, protein và lipid thàp cho thày eàc gióng rong Cha- etomorpha, Enteromorpha và Cladophora dèu co thành phàn t u a n g dói phù hap de su dyng làm nguyén lièu san xuàt ethanol sinh hoc. Tuy nhièn, eàe giéng rong dèu co mot dàc dièm chung là co hàm luang khoàng (tro tèng) khà cao, co thè gay khó khan eho qua trinh lèn men ethanol. Hièn tugng này là do rong song trong mòi truàng nu'óc man nèn t h u a n g hàp thu nhièu muèi và càc logi khoàng khàc. Oièu này co thè khàc phuc dMc néu CÓ thém nhùng nghién eàu sàu han vè dièu kién mói truàng song eùa rong de eó nhùng bién phàp nuòi trèng thich hap.
Màu
Chaetomorpha sp.
Enteromorpha sp Cladophgra sp.
Vaucheria sp.
À m
% w/w 9,05±0,34 8,63±0,28 9,30±0,31 3,90±0,16
Lipid
% w/w 2,38±0,08 2,04±0 07 1,63±0,03 2,78±0,05
Protein
% w / w 7,95±0,30 10,83±0,47
6,04+0,12 18,4±0,81
C a r b o h y d r a t e
% w / w 44,26±1,75 38,12±1,71 38,04±1,83 26,83±1,29
Tro tong
% w/w 29,26+1,29 33.84±1.55 28,60±0,68 36,61±0,84 Bang 1. Thành phàn hóa hoc ca bàn cùa càc gióng rong nuàc Ig
ISSN: 2354 - 0567
T A P C H I
KHOfl HOC & P n o TflO PI.IIIJ.m.ll.:iJU.IJJJJIIIBigBI
Ket qua à bang 1 eung cho thày giong rong Chaetomorpha sp. eó hàm lugng carbohydrate cao nhàt, lén tài 44-45% w/w. Chaetomorpha sp.
là loài rong eó hình thài dang sgi (filamentous al- gae) thuòc ngành rong lue Chlorophyta (Hình 1).
Theo khào sàt trèn thuc dia, s u xuàt hién vài màt dpvùa phài cùa loài rong này sé giùp cài thién mói truàng nuàc, làm thàe àn cho tòm và tàng nàng suàt cung nhu chat l u g n g tòm nuòi. Qua viéc ng- hièn càu s u phàt trién cùa rong cho thày, trong càc ao dàm co dièu kièn phù hgp (mue n u à c trén màt tràng trong ao thàp khoàng 10-20cm và che do trao dèi n u à c kém), rong mèn t h u a n g eó luang sinh khói tinh tmng binh là 1,5kg/m^ V à i dàc dièm CÓ toc dò tàng truàng nhanh (trung binh 5-7%
trong lugng/ngày), rong mèn eò thè duge nuói két hgp cùng vài tòm trén dièn tich hién eó khoàng 347.000 ha ao nuòi quàng canh tai khu vue dòng
bang song Cùu Long. Vài san lugng làn rong co thè dat d u a c cung nhu hàm luang carbohydrate cao, rong mèn Chaetomorpha sp. là mot nguòn nguyén lièu rat eó tnèn vgng de s ù dung trong san xuàt ethanol sinh hgc.
3.2 Ành hwàng cùa vi trì thùy VLPC và thài dièm thu hai tài thành phàn hóa hgc ccy bàn cùa rong mèn Chaetomorpha
Chaetomorpha là mot gióng thuòc ngành rong Lue, eò chùa dièp lue tó nèn eò thè quang hap. Do dò, ành sàng màt trai co ành huàng làn dén hàm luang carbohydrate, Chùng tói dà thu càc màu rong à tàng màt nuàc, tàng giùa và tàng day de dành già hàm lugng carbohydrate. Két qua phàn tich thành phàn hóa hoc cùa rong Chaetomorpha sp. ò eàc tàng eùa thùy vue duge trình bay trong bang 2.
Vj tri t h ù y VLPC
Tàng màt nLFóc Tàng giij'a Tàng day M i u hon hp'p
Carbohydrate
% w/w 45,29±1,09 46.27±1,22 36,72±1,36 38,94±1,40
Protein
% w / w 9,46±C,16 11,2±0,44 13,6±0,49 12,3±0,41
L i p i d
% w / w 1,90±0,07 1,89±0,08 1,58±0.05 1.84+0,09
Tro t o n g
% w/w 27,5410,66 26,08+0,58 30,82±0,87 30,18±0,91 Bang 2. Thành phàn hóa hpc cùa rong Chaetomorpha ò càc tàng thùy vue khàc nhau Kèt qua à bang 2 cho thày, rong thu hai à tàng
màt nuàc và tàng giùa co hàm luang carbohy- drate tuang d u a n g nhau (45-46%), cao han hàn rong thu à tàng day (36%). Bièu này khàng dinh ành huàng cùa ành sàng màt trai dèn s u phàt tnèn cùa rong, dàc bièt tài qua trình tòng hgp car- bohydrate. Rong thu a tàng day eò hàm luang carbohydrate thàp nhàt, dòng thòi làp rong à day bi Un nhièu bùn và khoàng khi thu hai, gay khò khan cho qua trình x ù ly nguyén liéu Vi vày, so vài rong thu à tàng màt n u à c và tàng giùa, làp rong à tàng day co nhièu han che han khi s u dung trong san xuàt ethanol sinh hgc.
Ben canh dò, chùng tòi cùng kièm tra màu
rong Chaetomorpha thu nhàn à hai thài diem khàc nhau là vào mùa khó và mùa mua, Khi thu m i u trong hai thài dièm này, hàm lugng carbo- hydrate trong rong cung eò s u khàc biét dàng kè.
Màu thu nhàn vào mùa khò cho hàm lugng car- bohydrate 46-50%, cao han hàn màu thu nhàn vào mùa mua (26-37%). S u khàc biét này eó thè do s u thay dòi dò man cùa nuàc. Vào mùa mua, lugng n u à c ngot t u t h u g n g nguòn dò vè nhièu sé khièn dò man cùa n u à c giàm và ành huàng dèn s u phàt tnèn cùa rong, vón eó nguèn góe t u bièn. N g u a c lai vào mùa khò, n u à c man xàm nhàp vào sàu trong chàu thè làm eho dò man tàng lén và kieh thich s u phàt tnèn và làm tàng hàm lugng carbohydrate trong rong.
TAP CHI
KHOfl HOC & P f l O TflO
ISSN 2354-0567
Hinh 1 Rong Chaetomorpha duoc thu nhan tu thuc dia
3.3 Thành phan dw&ng do-n trong carbohy- drate eùa rong Chaetomorpha
Sau khi chon duae màu rong Chaetomorpha co hàm luang carbohydrate cao nhàt, chùng tòi tién hành phàn tieh thành phàn duàng dan cùa rong bang phuang phàp HPLC Két qua phàn tich duge trình bay trong hinh 2. T u sàe ky dò, so sành càc peak vài eàe duàng chuàn chùng tói thu duge két qua nhu sau: thành phàn duàng dan trong carbohydrate cùa rong mèn Chaetomorpha bao gèm glucose 70-72%, xylose 13-15%, arabinose 10-11 % và acid galaeturonic 2-3%
Kèt qua thu dwac cho thày hàm luang duòng glucose chiém ty lè rat làn so vài tèng lugng duàng don thu duae. D u à n g glucose là loai duàng co thè d u a c càc loai vi sinh vàt lèn men ethanol phó bién (nhu nàm men) de dàng chuyèn hóa. Do dò carbohydrate eùa rong Chaetomorpha co thè thay thè dwac ngù eòe trong san xuàt ethanol sinh hoc.
Tuy nhién, càc thành phàn duàng khàc nhu xy- lose hay arabinose (khoàng 30%) lai khòng 3\sqc càc chùng nàm men s ù dung Vi vày, càn sù dung nhùng chùng vi sinh vàt co thè chuyén hóa nhOng loai duàng 5 earbon này nhàm làm tàng hiéu suat s ù dung rong Chaetomorpha.
00 ìSOO 2000 22X i ò O O EBCD 30 CO
Hình 2 Thành phàn càc duang don trong carbohydrate cùa rong Chaetomorpha
ISSN: 2354 - 0567
TAP CHi
KHon HOC & p n o i n o u
4. Két luàn
Sau qua trinh khào sàt và thu màu trèn thue dia, chùng tòi dà phàn tieh d u a e thành phàn hòa hoc cùa 4 gióng rong n u à c la Chaetomorpha, Enteromorpha, Cladophora và Vaucheria. Gióng rong mèn Chaetomorpha eò hàm lugng carbohy- drate cao nhàt (46-50% trgng luang khò), dàc biét khi thu hoach g eàc tàng n u à c màt và tàng giùa
trong mùa khó và co thành phàn duàng glucose chiém ty Ig cao (70-72% so vài tóng luang duàng trong carbohydrate cùa rong). V à i khà nàng sinh truàng nhanh khi nuói két hap vài tòm de thu sinh khói làn, Chaetomorpha là dai dién rong nuòe la tièm nàng nhàt tai khu vue dèng bang song Cùu Long co thè d u a c s u dyng de thay thè cho ngù cóc trong san xuàt ethanol sinh hoc
Tài lièu tham kliào
1. Westcott PC, 2007. Ethanol expansion in the United States: How will the agricultural sector ad- just?. USDA Rep FDS-07D-0I. USDA Economìe Research Service. Washington, DC.
2 Dien SS.. Sarath G., Pedersen JF. Chen H. Funnell-Harris DL. Niehols NN. Cotta MA , 2009 Improved Sugar Conversion and Ethanol Yield for Forage Sorghum (Sorghum bicolor L Moeneh) Lines with Reduced Lignin Contents. BioEnergy Research, Volume 2. Issue 3, p153-164 3. Dominguez-Faus R.. Polvere SE, BurkenJG. AlvarezPJ., 2009. The Water Footprint of Biofuels:
A Drink or Drive Issue "> Envìron Sei. Teehnol. 43(1) p3005-3010.
4. Hasan MR. and Chakrabarii R.. 2009. Use of algae and aquatìc macrophytes as feed in small- scale aquaeulture — A review. FAO fìsheries and aquaeulture technical paper No 531, 123p 5. Bixler H.J., Porse H., 2011. A decade of change in the seaweed hydrocolloids industry J. Appi Phyeol. 23. 321-335
6 Dien, B S, 2010 Mass Balances and Analytical Methods for Biomass Pretreatment Expenments In: Veries, A. A., Qureshi, N, Blasehek, H. P, Yukawa, H., editors- Biomass to Biofuels. Strategìes for Global Industries. United Kingdom- Wiley and Sons. p. 213-231.
