Y HC THC HNH (864) - S 3/2013 45 NGHIÊN CứU HỗN HợP VI SINH VậT Kị KHí THU NHậN Từ DịCH Rỉ ĐƯờNG SAU LÊN MEN (CMS) Có KHả NĂNG SINH HYDROGEN Nguyễn Phát Lộc, Nguyễn Dơng Tâm Anh Trng i hc Khoa hc T Nhiờn TểM TT Dch r ng sau lờn men cụ c (CMS condensed molasses soluble) l sn phm ph ca quỏ trỡnh lờn men to axớt glutamic. Trong CMS cú mt h vi sinh vt (VSV) a dng cú kh nng lờn men ti to hydrogen nh cỏc chng Clostridium khỏc nhau (Clostridium acetobutylicum, C. pasteurianum, C. saccharobutylicum, v C. sporosphaeroides) v chng Acidaminococcus cú kh nng tiờu th glutamate trong CMS nõng cao quỏ trỡnh to hydrogen. Dựng cỏc tỏc nhõn nhit, axớt HCl v baz NaOH tin x lý thu c hn hp VSV cú kh nng sinh hydrogen. Kt qu: Trong ú, tỏc nhõn axớt HCl nng 2N x lý CMS trong 60 phỳt t kt qu lờn men cao: hm lng hydrogen l 585,93 ml/l v hiu sut l 1,53 mol H2/mol glucose, tng 2 ln so vi mu CMS khụng x lý. Ti u húa mụi trng nuụi cy hn hp VSV thu c trong CMS cỏc iu kin ti u: giỏ tr pH 6,5; nhit nuụi 37oC; nng ng ban u 5g/l vi hm lng hydrogen l 476,57 ml/l v hiu sut sinh hydrogen cao 1,60 mol/mol glucose. T khúa: vi sinh vt k khớ, hydrogen, dch r ng sau lờn men (CMS). ANAEROBIC MICROORGANISMS FROM CONDENSED MOLASSES SOLUBLE (CMS) CAPPABLE OF GENERATING HYDROGEN SUMMARY CMS (condensed molasses solubles) is a byproduct from molasses microbial fermentation. CMS contains many kinds of micro-organisms such as Clostridium sp. (Clostridium acetobutylicum, C. pasteurianum, C. saccharobutylicum, and C. sporosphaeroides) and Acidaminococcus sp., that could give higher hydrogen product from using glutamate in CMS. Pretreatment CMS with heat- shock, HCl and NaOH to have a mix of hydrogen producing bacteria. Results: In there, CMS pretreated with 2N HCl in 60 minutes is better with 585.93 ml/l hydrogen content and 1.53 H2/mol hydrogen yield, increase twofold than non- preatreated CMS. After that, mix of hydrogen producing bacteria fermentation is conducted in optimal conditions: 6.5 of initial pH; room temperature and 5g/l initial glucose concentration for 48h fermentation. The results obtain are 476.57 ml/l of hydrogen content with hydrogen production efficiency is 1.60 mol hydrogen/mol glucose. Keywords: anaerobic microorganism; hydrogen; condensed molasses soluble (CMS). T VN Vit Nam cú ngun cht thi di do v a dng, cỏc cht thi cú thnh phn hu c cao l mt li th cho quỏ trỡnh x lý cht thi kt hp sn xut nhiờn liu sinh hc. Dung dch r ng sau lờn men (CMS Condensed Molasses Fermentation Soluble) l mt vn khú khn trong vic x lý ca cỏc nh mỏy sn xut mỡ chớnh [1]. Tuy nhiờn, CMS cha hm lng carbonhydrate v cht dinh dng cao, cựng vi lng vi sinh vt k khớ a dng chớnh l ngun cung cp chng ging v nguyờn liu tim nng cho cỏc quỏ trỡnh sn xut hydrogen sinh hc [1]. T nhng nhn nh, ỏnh giỏ v tỡnh hỡnh nng lng trờn th gii, iu kin v nguyờn liu ti Vit Nam, tn dng ngun CMS hiu qu cn cú mt chng ging tt. ú l lý do chỳng tụi thc hin ti: Nghiờn cu hn hp vi sinh vt k khớ thu nhn t dch r ng sau lờn men (CMS condensed molasses soluble) cú kh nng sinh hydrogen vi mc ớch: - Tỡm ra iu kin tin x lý CMS cho hn hp vi sinh vt cú kh nng lờn men to hydrogen cao nht. - Kho sỏt iu kin nhit , pH, nng glucose hn hp vi sinh vt thu nhn t CMS cú kh nng sinh hydrogen cao nht. PHNG PHP 1. R ng sau lờn men (CMS): c thu nhn t Cụng ty c phn hu hn Vedan Vit Nam, xó Phc Thỏi, huyn Long Thnh, tnh ng Nai. Mu CMS cú dng lng, mu nõu sm, mựi c trng. Mu c gi trong thựng 5 lớt v tr 4oC. 2. Nuụi cy VSV k khớ: Bỡnh nuụi cy k khớ l bỡnh serum 120 ml c y kớn bng nỳt cao su v úng np nhụm, mi bỡnh cha 40 ml mụi trng nuụi cy k khớ [1]. Pha lng c kh oxy bng Na2S vi cht ch th l resazurin, khi mụi trng b nhim O2 dch mụi trng s húa hng. Pha khớ phớa trờn c sc khớ N2 tinh khit khong 5 phỳt loi b O2. Dũng khớ N2 i vo bờn trong bỡnh serum bng mt kim tiờm, mt kim tiờm khỏc dựng lm ni dũng khớ N2 y khớ O2 ra to mụi trng k khớ. Sau ú mụi trng c hp kh trựng 121oC trong 15 phỳt. Hn hp VSV c cy vo mụi trng bng kim tiờm, trong iu kin cú dũng khớ N2 tinh khit m bo mụi trng k khớ [3]. 3. Phng phỏp x lý CMS: Da trờn cỏc nghiờn cu v phng phỏp tin x lý bựn thi k khớ, trong nghiờn cu ny s dng sc nhit, axớt v baz l ba tỏc nhõn x lý CMS. Mc ớch l loi b cỏc mm VSV khụng mong mun, ch cũn li VK sinh H2 thụng qua lng H2 sinh ra cao nht [2]. 4. Phng phỏp phõn tớch: sc kớ khớ (GC); nh lng ng kh bng axớt dinitrosalicylic (DNS); nh lng protein ni bo ca hn hp VSV cú trong Y HỌC THỰC HÀNH (864) - SỐ 3/2013 46 CMS bằng phương pháp Bradfort. KẾT QUẢ 1. Tiền xử lý mẫu CMS Biểu đồ 1: Hàm lượng hydrogen khi xử lý bằng NaOH 1N ở các thời gian khác nhau. Hàm lượng hydrogen ở mẻ 2 tăng khi thời gian xử lý kéo dài từ 20 phút đến 60 phút thì bắt đầu giảm. Lượng hydrogen đạt giá trị lớn nhất tại mẫu CMS xử lý ở 60 phút là 516,88 ml/l. Có thể giải thích rằng, kéo dài thời gian xử lý bằng bazơ làm cho VSV không sinh H2 và cả VSV sinh H2 bị loại bỏ. Biểu đồ 2: Hiệu suất sinh hydrogen khi xử lý bằng NaOH 1N ở các thời gian khác nhau. Ở cả mẻ 1 và mẻ 2, mẫu CMS xử lý bằng NaOH 1N trong thời gian 60 phút đạt hiệu suất lên men không chênh lệch là 1,50 mol H2/mol glucose và 1,53 mol H2/mol glucose, cao hơn hẳn với mẫu không xử lý. 2. Tối ưu hóa môi trường nuôi cấy Biểu đồ 3 Hàm lượng hydrogen và hàm lượng protein VSV nuôi cấy ở pH ban đầu khác nhau. Như vậy hệ VSV trong dịch rỉ đường sau lên men này phát triển tốt ở pH trung tính. Giá trị pH cao (>7,0) hoặc thấp (<5,0) có thể đã ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme hydrogenase cũng như con đường biến dưỡng của VSV, từ đó làm giảm hiệu suất tạo H2. Với nghiên cứu của Lê Thục Hằng [4] khi tối ưu hóa môi trường nuôi cấy hỗn hợp VSV từ bùn thải kỵ khí đã chọn pH 6,5 là giá trị pH nuôi ban đầu đạt hiệu suất 0,68 mol H2/mol glucose sau 36 giờ lên men. Biểu đồ 4: Hàm lượng hydrogen và hàm lượng protein VSV nuôi cấy ở nồng độ glucose ban đầu khác nhau. KẾT LUẬN Hỗn hợp VSV từ dịch rỉ đường sau lên men (CMS) có khả năng tạo hydrogen đã được thu nhận thành công. KXL Nhiệt Axít Bazơ Điều kiện xử lý tối ưu 60oC trong 60 phút HCl 2N trong 60 phút NaOH 1N trong 60 phút Hiệu suất sinh hydrogen 0,69 mol/ mol glucose 1,41 mol/mol glucose 1,53 mol/ mol glucose 1,53 mol/ mol glucose  Điều kiện lên men tối ưu đối với hỗn hợp VSV trong CMS: giá trị pH 6,5; nhiệt độ nuôi 37oC; nồng độ đường ban đầu 5g/l với hàm lượng hydrogen là 476,57 ml/l và hiệu suất sinh hydrogen cao 1,60 mol/mol glucose. KIẾN NGHỊ  Phân lập để tìm ra chủng VSV có khả năng sinh H2 với hiệu suất cao có trong CMS.  Cần tận dụng hiệu quả thêm những nguồn thải thực phẩm khác mà ở đây là dịch rỉ đường sau lên men (CMS), tìm kiếm thêm những nguồn VSV thu nhận từ chất thải công nghiệp thực phẩm bên cạnh những nguồn giống VSV đã được nghiên cứu trước đó như bùn thải sinh hoạt, phân động vật.  Nghiên cứu khả năng lên men trên các nguồn cơ chất khác như sucrose, xylose, anicotate…  Ứng dụng nghiên cứu lên men ở các hệ thống lên men liên tục, bioreactor. Y HỌC THỰC HÀNH (864) - SỐ 3/2013 47 THAM KHẢO 1. Chyi-How Lay, Jou-Hsien Wu, Chin-Lang Hsiao, Jui-Jen Chang, Chin-Chao Chen, Chiu-Yue Lin (2010), Biohydrogen production from soluble condensed molasses fermentation using anaerobic fermentation, Department of Environmental Engineering and Science, Feng Chia University, Taiwan. 2. Kaushik Nath (2004), “Improvement of fermentation hydrogen production: various approaches”. Appl Microbiol Biotechnol, 65: 520-529. 3. Nguyen TAD, Dark Fermentative Biohydrogen Production Using Hyperthermophilic Eubacterium Thermotoga nepolitana, Sukyungkwan University, Korea. 4. Lê Thục Hằng (2011), Khảo sát khả năng lên men tạo hydrogen của hỗn hợp vi sinh vật thu nhận từ bùn thải kị khí, Luận văn Thạc sĩ Sinh học, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh. . Y HC THC HNH (864) - S 3/2013 45 NGHIÊN CứU HỗN HợP VI SINH VậT Kị KHí THU NHậN Từ DịCH Rỉ ĐƯờNG SAU LÊN MEN (CMS) Có KHả NĂNG SINH HYDROGEN Nguyễn Phát Lộc, Nguyễn Dơng Tâm Anh. sau 36 giờ lên men. Biểu đồ 4: Hàm lượng hydrogen và hàm lượng protein VSV nuôi cấy ở nồng độ glucose ban đầu khác nhau. KẾT LUẬN Hỗn hợp VSV từ dịch rỉ đường sau lên men (CMS) có khả. University, Korea. 4. Lê Thục Hằng (2011), Khảo sát khả năng lên men tạo hydrogen của hỗn hợp vi sinh vật thu nhận từ bùn thải kị khí, Luận văn Thạc sĩ Sinh học, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên,