Sản xuất nguyên liệu bao bì sinh học từ vi sinh vật

13 24 0
  • Loading ...
1/13 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 23/11/2016, 19:51

Người thực hiện : nhóm 6Tổng Quan:Trên thế giới hiện nay, các loại bao bì an toàn và thân thiện với môi trường được phát triển mạnh mẽ. Các nghiên cứu nhằm tạo ra các loại bao bì có khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhóm nghiên cứu. Các loại vật liệu phân hủy sinh học như polylactic axit (PLA), polyhydroxybutyrat (PHB) được xem là các ứng cử viên cho hướng phát triển này do có khả năng phân hủy trong tự nhiên, không gây ô nhiễm môi trường.Polylactic axit (PLA)polylactide là một loại polyme nhiệt dẻo bán tinh thể, giòn và rắn, có nhiệt độ thủy tinh hóa tương đối thấp (~60oC) và có nhiệt độ chảy mềm 175180oC. PLA đang là đối tượng được quan tâm và phát triển nhiều nhất trên thế giới bởi dễ dàng được gia công trong các thiết bị gia công chất dẻo thông thường và cũng dễ dàng phân hủy theo con đường sinh học, thích hợp để chế tạo ra bao bì, màng gói thực phẩm, các sản phẩm sử dụng một lần.Nghiên cứu của các nhà khoa học cũng cho thấy tiềm năng chế tạo PLA và các vật liệu phân hủy sinh học dựa trên PLA, trong đó có công nghệ chế tạo PLA từ monome axit LLactic tổng hợp từ phế liệu nông lâm nghiệp chứa xenlulo, hemixenlulo mở ra một hướng mới cho sản xuất PLA tại Việt Nam. Trung tâm Phát triển công nghệ cao trực thuộc Viện Hàn lâm KHCNVN đang tiếp tục hợp tác với Nhật Bản tiến tới xây dựng một dây chuyền sản xuất PLA qui mô Pilot tại Việt Nam. Một số công nghệ tương tự đã được thực hiện trước đóMột phòng thí nghiệm nông học quốc gia đã có bằng phát minh về quy trình chế tạo glucozo từ bộ khoai tây trong 10 giờ thay vì 100 giờ như trước đây.Sau đó glucozo được lên men thành axit lactic và tinh chế.3 công trình tiêu biểu đã chế tạo thành công nhựa sinh học đó là:1. Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học của tác giả: PGS. TS. Phạm Thế Trinh Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam. Điểm mới của công trình này là chế tạo ra vật liệu polyme phân hủy sinh học trên cơ sở polymeblend giữa nhựa polyetylen tỷ trọng thấp (LDPE) với tinh bột, có sự tham gia của chất trợ tương hợp, chất quang hóa và phụ gia oxy hóa. Sản phẩm đã được áp dụng thành công tại: Nông trường Thanh Hà Huyện Kim Ba – Tỉnh Hòa Bình. Nông trường Chè Sông Cầu – Tỉnh Thái Nguyên. Nông trường Bông huyện Ninh Sơn – Tỉnh Ninh Thuận 2. Công trình nghiên cứu và sản xuất loại polymer sinh học mới được làm từ bột khoai mì của PGS.TS. Trương Vĩnh, Trưởng Bộ môn Công nghệ hóa học Trường ĐH Nông Lâm TPHCM. Theo PGSTS Trương Vĩnh, màng polymer sinh học này có thành phần nguyên liệu chính từ tinh bột khoai mì, kết hợp với glycerol và một số chất phụ gia được phối trộn theo một tỉ lệ nhất định. Sau khi phối trộn, hỗn hợp được đưa vào ép khuôn thành dạng tấm mỏng như nilông thông thường. Công đoạn tiếp theo là đưa vào sấy khô và tạo ra thành phẩm có màu trắng hơi mờ, có khả năng ứng dụng làm bao bì. Từ những tấm màng này, nhà nghiên cứu tiến hành tạo hình dạng túi.Với những chỗ nối sẽ được ghép mí bằng máy ép hàn nhiệt, độ bền chắc của các mí ghép này bằng 60% sức bền của bao bì. Để tạo nên loại ni lông tự phân hủy này, theo PGSTS Trương Vĩnh, chỉ cần dùng loại bột khoai mì thô thông thường được bán nhiều ở các chợ. Đến nay, ở quy mô phòng thí nghiệm, tác giả đã tạo ra được vài chục chiếc túi từ bột khoai mì với kích thước 9 cm x 19 cm, có khả năng chứa được vật nặng từ 0,5 kg – 1 kg. Túi ni lông này có độ bền tương đương nhựa hóa học, bảo đảm vệ sinh an toàn thực phẩm và phân hủy hoàn toàn sau 60 ngày 3. Công trình nghiên cứu và sản xuất loại polymer sinh học trên cơ sở tinh bột ngô của Th.S Trương Phước Nghĩa Đại học Khoa học tự nhiên, TPHCM.I.ĐẶT VẤN ĐỀÝ nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học của đề tài:Môi trường là một nhân tố có ảnh hưởng quyết định đến sự tồn tại và phát triển của mỗi con người, mỗi quốc gia trên thế giới. Chính vì vậy, bảo vệ môi trường và đảm bảo phát triển bền vững là vấn đề có tính sống còn đối với mỗi dân tộc, mỗi quốc gia. Thế giới ngày nay phải đối mặt từng ngày với các hiểm họa về môi trường do chính con người góp phần tạo ra. Hành tinh chúng ta đang bị quá tải về các loại rác thải không phân hủy, trong đó các loại bao bì nilon chiếm một tỉ trọng đáng kể. Nhiều nước ở Châu Âu đã ý thức được điều này từ rất sớm nên họ đã dừng xả các loại rác này vào tự nhiên, các siêu thị đã không còn phát hành các loại túi nilon cho khách hàng vốn là các loại bao bì được yêu thích và phổ biến trong thập kỷ trước. Bên cạnh đó, các nhà khoa học đã không ngừng tìm tòi và chế tạo ra các loại vật liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên.Trước tình trạng nguồn nguyên liệu sản xuất nhựa hóa học ngày càng khan hiếm, cùng với những tác hại do việc sản xuất và tiêu hủy các sản phẩm nhựa truyền thống nói chung và đặc biệt là túi nilon nói riêng thì đã có một làn sóng hạn chế sử dụng bao bì nilon lan rộng khắp các quốc gia. Điều này sẽ tạo ra một nhu cầu rất lớn đối với các loại túi thay thế làm bằng vật liệu có khả năng tái sinh giúp bảo vệ môi trường, bao gồm các loại túi có thể tái sử dụng và túi dễ phân huỷ. Ngoài ra quá trình sản xuất bao bì sinh học tiêu thụ ít năng lượng, ít thải ra khí gây hiệu ứng nhà kính hơn các loại bao bì truyền thống và đặc biệt nhờ sự phát triển của ngành công nghệ sinh học bằng cách ứng dụng các hệ enzyme từ vi sinh vật và thực vật đặc biệt là hydrolase có tác dụng đặc thù trong xử lý ô nhiễm. Enzyme là chất xúc tác sinh học đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Nhu cầu về enzyme ngày càng tăng do hiệu quả của chúng đem lại. Trong đó, các loại enzyme vi sinh vật có nhiều ưu điểm hơn enzyme động vật và thực vật do chúng có hoạt tính thủy phân cao hơn và sản lượng lớn hơn, nguồn cung cấp enzyme này ổn định, không phụ thuộc theo mùa và vi sinh vật sinh trưởng nhanh trên môi trường đơn giản, rẻ tiềntừ đó bao bì sinh học sẽ có lợi thế về mặt chi phí hơn túi nilon, bao gồm cả chi phí xử lý rác, quá trình sản xuất bao bì sinh học không bị phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu hóa thạch đang ngày càng khan hiếm. Đó là những xu hướng mà bao bì sinh học được ủng hộ hơn bao bì truyền thống .Ở nước ta việc sử dụng các loại sản phẩm bao bì dễ phân hủy sinh học vẫn chưa thật phổ biến, một phần do chưa tạo được thói quen sử dụng loại sản phẩm này cho người dân. Mặt khác, vẫn chưa có nhiều sản phẩm dễ phân hủy sinh học được đưa ra thị trường, việc sản xuất loại sản phẩm này mới đang mang tính chất thử nghiệm và công nghệ sản xuất chưa được phổ biến rộng rãi và chưa có những bằng chứng tin cậy, thuyết phục nên vẫn còn gây ra nhiều hoài nghi cho người dùng, liệu đó có phải bao bì dễ phân hủy sinh học hay không?Một vấn đề lớn cần được quan tâm nữa là ở nước ta tình trạng ô nhiễm môi trường ở các làng nghề chế biến nông sản ngô khoai sắn đang rất bức thiết. Điều đáng nói là các làng nghề thường mang tính tự phát , quy mô nhỏ hẹp, thiết bị sản xuất thủ công, lạc hậu , mặt bằng sản xuất nhỏ hẹp. bên cạnh đó ý thức bảo vệ môi trường của các chủ cơ sở sản xuất kinh doanh ở đó chưa cao, nước thải từ các làng nghề chế biến nông sản lại chứa hàm lượng tinh bột cao gây khó khăn trong việc xử lý. Từ những hạn chế nêu trên dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường ở các cơ sở làng nghề đã đến mức báo động , ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống và sức khỏe đối với người dân trong các làng nghề và người dân chung quanh các làng nghề.Vì vậy cần phải xử lý các chất thải gây ô nhiễm tại đây đặc biệt là tinh bột , nguồn gây ô nhiễm chính tại các làng nghề .Quá trình thuỷ phân tinh bột gồm hai công đoạn chủ yếu là giai đoạn hồ hoá và giai đoạn đường hoá. Để thực hiện hai công đoạn công nghệ nói trên, trong thực tế người ta áp dụng hai cách: Thuỷ phân tinh bột bằng acid và bằng enzym. Để thuỷ phân tinh bột từ lâu người ta đã sử dụng acid vô cơ như HCl và H2SO4. Nhưng kết quả cho thấy, thuỷ phân bằng acid rất khó kiểm soát và thường tạo nhiều sản phẩm không mong muốn, không đáp ứng tiêu chuẩn an toàn thực phẩm. Do vậy, việc thay thế và ứng dụng enzym để thuỷ phân tinh bột là một kết quả tất yếu của lịch sử phát triển. Enzym amylase đã được tìm ra đã góp phần quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp .Enzym amylase có thể tìm thấy ở nhiều nguồn khác nhau như amylase từ thực vật, động vật vàVSV.Amylase càng ngày càng được thay thế acid trong sản xuất ở qui mô công nghiệp. Hiện nay, các nhà sản xuất có thể sử dụng amylase có khả năng chịu nhiệt cao mà không bị mất hoạt tính, chẳng hạn amylase được tách chiết từ VSV, cụ thể là các chủng vi khuẩn chịu nhiệt được phân lập từ những suối nước nóng. Ngoài ra, amylase còn có nhiều ưu điểm hơn khi sử dụng acid để thuỷ phân tinh bột: Năng lượng xúc tác thấp, không yêu cầu cao về thiết bị sử dụng. Trong thiên nhiên, enzyme amylase có ở hầu hết mọi vi sinh vật, thực vật và động vật. Song chỉ có một số loài vi sinh vật và một số hạt thực vật mới là đối tượng dùng làm nguồn thu các chế phẩm enzyme amylase, do chúng có khả năng tích lũy một lượng lớn các enzyme này trong những điều kiện xác định. Ngày nay do có ưu thế về nhiều mặt, vi sinh vật trở thành nguồn thu enzyme chủ đạo. Người ta đã biết nhiều loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp các enzyme amylase. Những chủng vi sinh vật tạo nhiều enzym amylase thường được phân lập từ các nguồn tự nhiên, bởi các loài khác nhau và các chủng vi sinh vật khác nhau cũng thường sản sinh ra nhiều enzyme khác nhau. Vi sinh vật tạo enzyme amylase được dùng nhiền hơn cả là nấm mốc, giả nấm men và vi khuẩn, còn xạ khuẩn thì ít.Hơn nữa enzyme amylase được tổng hợp từ aspergillus aryzae có hiệu lực cao hơn so với một số chủng nấm mốc và vi khuẩn khác. Để giải quyết các vấn đề nêu trên tại sao chúng ta không sử dụng phế thải của các làng nghề làm nguyên liệu để sản xuất bao bì?Với mong muốn bước đầu có thể chế tạo ra một loại bao bì sản xuất từ tinh bột có khả năng phân hủy sinh học,nhóm em đã chọn nghiên cứu đề tài là: ”Sản xuất bao bì dễ phân hủy sinh học từ phế thải lương thực nhờ hoạt tính amylase của Aspergillus oryzae”Ý nghĩa kinh tế xã hội của đề tài:Sự thành công của đề tài sẽ giúp phân lập được các vi khuẩn có ích và sản xuất được nguồn nguyên liệu bao bì từ phế thải của các làng nghề nông sảnTính khả thi của đề tàiMô hình này có thể áp dụng ở quy mô địa phương để xử lí chất thải từ các làng nghề nông sản, và cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất bao bì Thời gian thực hiện trong vòng 24 thángNăng lực nghiên cứu khoa học Đề tài áp dụng nhiều phương pháp nghiên cứu hiện đại và tiên tiến như: Phương pháp pháp phân lập chủng vi sinh vật,Phương pháp lên men, Phương pháp nghiên cứu và thử nghiệm sản xuất giống ….1.1.Mục tiêu nghiên cứuPhân lập giống asprgillus oryzae có enzyme amylase có hiệu lực cao phân hủy tinh bột để sản xuất axit lactic là nguyên liệu sản xuất bao bì1.2.Đối tượng nghiên cứuChủng vi nấm aspergillus oryzae sinh enzyme amylase1.3.Tổng quan về amylase và aspergillus oryzae 1.3.1.Emzyme amylase Các Amylase là các enzyme đường hoá, có khả năng phân huỷ amylose và amylopectin, glycogen và các polysaccharit tương tự giải phóng glucoseEnzyme amylase là một trong số các enzyme được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp, y học và nhiều lĩnh vực khác. Những nghiên cứu thực nghiệm đầu tiên về enzyme nói chung và về enzyme amylase nói riêng được bắt đầu vào những năm 1811 – 1814. Những nghiên cứu này gắn liền với tên tuổi của nhà bác học người Nga,Viện sĩ K.S Kirhof. Ông nghiên cứu quá trình phân giải tinh bột dưới tác dụng của dịch chiết đại mạch nảy mầm và nhận thấy rằng trong malt có chứa các chất phân giải tinh bột thành đường.Năm 1833, hai nhà khoa học người Pháp là Payen và Persor đã tách được chất phân giải tinh bột đó là từ đại mạch nảy mầm. Các tác giả đã dùng rượu để kết tủa nó trong dung dịch chiết malt và thu được enzym ở dạng bột, đồng thời đặc tên là diaslase. Sau này theo đề nghị của Duclo, enzyme phân giải tinh bột gọi là amylase. Các enzym amylase có trong nấm mốc, xạ khuẩn, nấm men và vi khuẩn, nước bọt, dịch tiêu hóa của người và động vật, trong hạt nảy mầm. Bây giờ, người ta thu chúng chủ yếu từ canh trường nấm mốc, vi khuẩn và một số loài nấm men. Amylase có thể thủy phân hạt tinh bột chưa hồ hóa cũng như hạt tinh bột đã hồ hóa. Theo tính chất và cơ chế tác dụng lên tinh bột của amylase người ta phân biệt amylase ra các loại sau: αamylase, βamylase, glucoamylase… Các enzyme amylase từ các nguồn khác nhau thường khác nhau về tính chất, cơ chế tác dụng cũng như sản phẩm cuối cùng của sự thủy phân.αamylase có khả năng phân cách các liên kết α1,4 glucoside nằm ở phía bên trong phân tử cơ chất: tinh bột, glycogen và polyose đồng loại một cách ngẫu nhiên, không theo một trật tự nào cả. Vì thế người ta gọi nó là enzyme amylase nội phân.αamylase không chỉ thủy phân hồ tinh bột mà nó thủy phân cả hạt tinh bột nguyên lành, song với tốc độ rất chậm. Quá trình thủy phân tinh bột bởi αamylase là quá trình đa giai đoạn. Ở giai đoạn đầu (giai đoạn dextrin hóa) chỉ 1 số phân tử cơ chất bị thủy phân tạo thành một lượng lớn dextrin phân tử thấp độ nhớt của hồ tinh bột giảm nhanh sang giai đoạn thứ hai (giai đoạn đường hóa) các dextrin phân tử thấp vừa được tạo thành bị thủy phân tiếp tục tạo ra các tetratrimaltose không cho màu với iodine. Các chất này bị thủy phân rất chậm bởi αamylase cho tới di và monosaccharide.Dưới tác dụng của αamylase, amylase bị phân giải khá nhanh thành oligosaccharide gồm 67 gốc glucose.Sau đó các polyglucose này lại bị phân cách tiếp tục nên các mạch polyglucose colagen cứ ngắn dần và bị phân giải chậm đến maltotetrose và maltotriose, và maltose.Qua một thời gian tác dụng dài, sản phẩm thủy phân của amylase chứa 13% glucose và 87% maltose.Tóm lại, dưới tác dụng của αamylase, tinh bột có thể chuyển thành maltotetrose, maltose, glucose và dextrin phân tử thấp.Tuy nhiên, thông thường αamylase chỉ thủy phân tinh bột thành chủ yếu là dextrin phân tử thấp không cho màu với iodine và một ít maltose.αamylase dễ tan trong nước, trong các dung dịch muối và rượu loãng. Protein của các αamylase có tính chất acid yếu và tính chất của globulin. Điểm đẳng điện nằm trong vùng pH 4,25,7. Khi tách hoàn toàn Ca ra khỏi enzyme thì αamylase mất hết khả năng thủy phân cơ chất.Vì Ca tham gia vào sự hình thành và ổn định cấu trúc bậc Bacilus subtilis của enzyme, duy trì cấu hình hoạt động của enzyme.Canxi còn có tác dụng bảo đảm cho α amylase có độ bền cực lớn đối với các tác động gây biến tính và sự phân hủy bởi các enzym phân giải protein.αamylase bền nhiệt hơn so với các amylase khác. αamylase bị kìm hãm bởi kim loại nặng. αamylase của nấm mốc chỉ tấn công những hạt tinh bột bị thương tích, còn αamylase vi khuẩn lại có khả năng phân hủy cả các hạt tinh bột nguyên vẹn lẫn hồ tinh bột. Ở giai đoạn thủy phân cuối, tác dụng của αamylase từ nấm mốc khác tác dụng của αamylase từ vi khuẩn. Dextrin do amylase vi khuẩn tạo ra có mạch dài hơn dextrin do αamylase của malt và nấm mốc tạo ra một số lần. Điều kiện hoạt động của αamylase từ các nguồn khác nhau thường không giống nhau.pH tối thích cho hoạt động của αamylase từ nấm mốc là 4,54,8, của đại mạch nảy mầm và thóc mầm là 5,3 và của vi khuẩn là 5,86,0. Độ bền đối với tác dụng của axit cũng khác nhau.αamylase của nấm mốc Aspergillus oryzae bền vững đối với axit tốt hơn là αamylase của malt và vi khuẩn Bacilus subtilis. Nhiệt độ tối thích cho hoạt động xúa tác của αamylase từ các nguồn khác nhau cũng không đồng nhất, αamylase của nấm mốc rất nhạy đối với tác động của nhiệt. Nhiệt độ tối thích của nó là 500 C. Amylase của thóc mầm và của malt bền nhiệt hơn và hoạt động tối thích ở 58600 C. Amylase của vi khuẩn có độ bền nhiệt cao hơn cả. Nhiệt độ tối thích của nó là 70750 C . Amylase của nấm mốc bị vô hoạt ở 700 C, trong khi đó amylase vi khuẩn có thể chịu được nhiệt độ 920 C. Những khác biệt về nhiệt độ và pH tối thích, mức độ thủy phân và đặc tính thủy phân của αamylase từ các nguồn khác nhau đang mở ra nhiều khả năng to lớn trong việc ứng dụng chúng một cách thích hợp và đầy hiệu quả ở các giai đoạn khác nhau của quá trình sản xuất. βamylase xúc tác sự thủy phân các liên kết α1,4 glucan trong tinh bột, glucogen và polysaccharide đồng loại, phân cắt tuần tự từng gốc maltose một từ đầu không khử của mạch. Maltose tạo thành có cấu hình β, vì thế amylase này được gọi là βamylase.Theo đặc tính tác dụng lên tinh bột, βamylase không thủy phân hạt tinh bột nguyên lành mà thủy phân mạnh mẽ hồ tinh bột.βamylase phân giải 100% amylose thành maltose và phân giải 5458% amylopectin thành maltose. Quá trình thủy phân amylopectin được tiến hành từ đầu không khử của các nhánh ngoài cùng. Khi gặp liên kết α1,4 glucoside đứng kế cận liên kết α1,6 glucoside thì βamylase ngừng tác dụng. Phần saccharide còn lại là dextrin phân tử lớn có chứa rất nhiều liên kết α1,6 glucoside và được gọi là βdextrin, αdextrin cho màu tím đỏ của iodine. Độ nhớt của dung dịch giảm chậm. βamylase là một albumin. βamylase là enzym ngoại phân có ái lực với các liên kết α1,4 glucoside cách đầu không khử của mạch một liên kết α 1,4. Nó rất bền khi không có Ca2+, βamylase bị kìm hãm bởi Cu2+, Hg2+, iodine,… pH tối thích trong dung dịch tinh bột thuần khiết của βamylase là 4,6 còn trong dung dịch nấu là 5,6. Nhiệt độ tối thích trong dung dịch tinh bột thuần khiết 40500 C, trong dịch nấu lại là 60650 C, βamylase bị vô hoạt ở 700 C. βamylase chỉ phổ biến trong thế giới thực vật, đặc biệt có nhiều trong các hạt nảy mầm. Trong vi khuẩn không có βamylase. Glucoamylase thủy phân liên kết α1,4 glucan trong polysaccharide, tách tuần tự từng gốc glucose một khỏi đầu không khử của mạch. Glucoamylase có khả năng xúc tác thủy phân đã liên kết α1,4 lẫn α1,6 glucan. Glucoamylase là enzym ngoại phân, nó thủy phân polysaccharide từ đầu không khử để tạo ra glucose.Khi thủy phân tinh bột cùng với glucose còn có thể tạo thành các αoligosaccharide. Ngoài các liên kết α1,4 và α1,6 glucoside, glucoamylase còn có khả năng thủy phân liên kết α1,2 và α1,3 glucoside. Glucoamylase có khả năng thủy phân hoàn toàn tinh bột, glucogen, amylopectin dextrin cuối, panose, isomatose và maltose tới glucose. Đa số glucoamylase đã biết đều thuộc loại enzyme “axit” . Thể hiện hoạt lực tối đa ở vùng pH 3,55,5. So với αamylase, glucoamylase bền đối với axit hơn, nhưng lại kém bền hơn dưới tác dụng của rượu etylic, aceton không được bảo vệ bằng Ca2+.Điểm đẳng điện của glucoamylase từ các nguồn khác nhau cũng không đồng nhất. Đa số các chế phẩm glucoamylase của nấm mốc, vi khuẩn, nấm men và của mô động vật đều có pH hoạt động tối thích ở vùng axit trừ glucoamylase của Saccharomyces italicus và một số mô động vật có pH hoạt động tối thích ở vùng trung tính. Glucoamylase axit có pH hoạt động tối thích là 4,05,0, glucoamylase trung tính pH tối thích là 6,07,5. Những nghiên cứu về amylase vi sinh vật đã đặt nền móng cho việc sản xuất các chế phẩm enzyme amylase để sử dụng trong sản xuất và đời sống. Những nghiên cứu cơ bản và ứng dụng của enzyme amylase ngày càng được phát triển mạnh mẽ hơn và đang mở ra những phương hướng mới, triển vọng mới to lớn hơn đối với việc ứng dụng enzyme amylase rộng rãi trong các ngành công nghiệp. 1.3.2.Aspergillus oryzae Aspergillus oryzae là một loại vi nấm , Cơ thể bao gồm những sợi mỏng , phân nhánh nhiều , có vách ngang và sợi hình thành nhiều tế bào (đa bào).từ những sợi năm ngang này hình thành những sợi đứng thẳng gọi là cuống dính bào tử ở đó có cơ quan sinh sản vô tính. Cuống dính bào tử của aspergillus oryzae thường dài 12mm nen có thể nhìn thấy bằng mắt thường.phía đầu cuống dính bào tử phoongs lên gọi là bọng từ bọng này phân chia nhiều tế bào nhỏ gọi là những tế bào hình chai , đầu những tế bào hình chai phân chia thành những tế bài nhỏ nên họi là bào tử dínhAspergillus oryzae có enzyme nội bào và ngọai bào như amylase, glucoamylase, protease, pectinasa,xylanase…trong đó hệ enzyme amylase được tổng hợp từ aspergillus aryzae có hiệu lực cao hơn so với một số chủng nấm mốc và vi khuẩn khácĐộ ẩm môi trường sinh bào tử tối ưu 45%Nhiệt độ môi trường thích hợp cho sự phát triển của bào tử 27320CĐộ ẩm môi trường cho sự hình thành enzyme tối ưu 5558%Độ ẩm không khí 8695%Ph môi trường 5,56,5Vị trí phân loại của aspergillus oryzaeLãnh giới: EukaryaGiới : FungiNghành : AscomycotaLớp : EurotionmycetesBộ : Eurotiales.Họ :trichocomaceae.Chi :Aspergillus.Loài : Aspergillusoryzae.Aspergillus oryzae được biết đến với khả năng sinh tổng hợp nhiều loại emzyme trong đó có enzyme amylase. Việc tuyển chọn được dòng nấm mốc phù hợp với điều kiện môi trường Việt Nam , giúp thúc đẩy sự tổng hợp enzyme mong muốn đóng vai trò rất quan trọng, là cơ sở bước đầu cho việc xác định tính chất và nghiên cứu khả năng ứng dụng của amylase vào thực tế. Chính vì vậy cần phải nghiên cứu và tuyển chọn dòng nấm mốc bản địa phù hợp cho quá trình sinh tổng hợp enzyme amylase đạt hiệu quả.II.PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN2.1.Phương pháp tiếp cận Từ những bất cập từ các vấn đề có liên quan đến phế thải lương thực chứa nhiều tinh bột và sự thủy phân tinh bột của enzyme amylase của một số chủng vi sinh vật có thể thì biện pháp khả thi nhất là sử dụng các vi sinh vật này sử dụng nguồn tinh bột phế thải là nguyên liệu để tạo ra sản phẩm mới thân thiện với môi trường2.2.Phương pháp nghiên cứuPhương pháp pháp phân lập chủng vi sinh vậtPhương pháp lên menPhương pháp nghiên cứu và thử nghiệm sản xuất giống Phương pháp nghiên cứu sản xuất axit lactic bằng cách lên men vi sinh vậtPhương pháp nghiên cứu tổng hợp PLA từ axit lacticIII.KẾ HOẠCH THỰC HIỆNA.Lập kế hoạchMục đích: bảo vệ môi trườngMục tiêu: bao bì dễ phân hủy sinh học từ phế thải lương thực nhờ vi sinh vậtKết quả đầu ra: sản xuất được bao túi sinh học dễ phân hủy, tận dụng được lượng phế thải bỏ điHoạt động: 3.1.Xác định đối tượng ( đặc tính, ứng dụng )3.1.1.phế thải lương thực (tinh bột)Nghiên cứu về tinh bột bao gồm cả nghiên cứu về khả năng hấp thụ nước của nó, biến tính phân tử bằng phương pháp hóa học, đặc tính của nó lúc khuấy ở nhiệt độ cao và độ bền của nó đối với biến dạng trượt cơ nhiệt.3.1.2.nấm Aspergillus oryzae3.1.3.bao bì dễ phân hủy sinh học3.2. Kinh phí và thời gian thực hiệnB.Cách thực hiện1.Thiết bị, dụng cụ và hóa chất chủ yếu Các thiết bị và dụng cụ chính được sử dụng cho nghiên cứu bao gồm: máy khuấy từ, cốc thuỷ tinh chịu nhiệt, phễu thủy tinh, giấy lọc, pipet, giấy chỉ thị pH, tủ sấy, bình hút ẩm, cân phân tích, phễu lọc thuỷ tinh xốp, máy lọc hút chân không, bình thủy tinh. Hóa chất chính: axit lactic lên men sinh học, chất có trong phòng thí nghiệm polyme chức năng.2.Phương pháp phân lập nấm mốc Aspergillus oryzaeTrong đất có nhiều loài vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp enzyme amylase. ở nấm mốc nguồn cơ chất thích hợp cho quá trình sinh tổng hợp enzyme amylase này là tinh bột. chúng ta có thể phân lập từ đất , thức ăn hay có thể mua trực tiếp từ cơ sở bán nấm mốc. ưu điểm của việc mua giống thì thời gian bảo quản và hiệu suất chắc chắn hơn. Tuy nhiên việc phân lập gióng này có ý nghĩa quan trọng trong việc bổ sung 1 chủng mới tại phòng thí nghiệmTiến hành phân lập :Nghiền mẫu đối với mẫu khoai tâyLấy 10g mẫu đất hoặc mẫu khoai tây cho vào 900ml nước cất vô trùng sau đó đào trộn mẫu Dùng pipet hút 10ml từ dung dịch mẫu ban đầu chuyển sang 1 ống nghiệm khác có chứa 90ml nước cất vô trùng Tiếp tục pha loãng mẫu ở nồng độ103, 104 ở những ống nghiệm tiếp theoHút 0,1 ml cho vào đĩa petri có chứa môi trường dinh dưỡng chọn lọc cho nấm mốc pahts triển , môi trường PDADùng que trải , trải đều phần dinh dưỡng trên bề mặt môi trường đem ủ ở nhiệt độ phòng trong vòng 3 ngàyNấm mốc sẽ sử dụng nguồn tinh bột làm cơ chất nên những chỗ này sẽ xuất hiện những quầng sáng xung quanh khuẩn lạcNhận biết bằng cách bổ sung Iodine vào trong môi trường khi cấy. có tác dụng là chất chỉ thị cho tinh bột Cấy truyền nấm mốc đặc trưng cho môi trường PDA trong ống thach nghiêng với 1%tinh bột cho phép nấm mốc phát triển trong 72 giờ sau đó có thể dự trữ trong máy làm đôngNhân giống vi sinh vật ở bình tam giác (quy mô nhỏ)Đổ 10ml H20 cất vô trùng vào ống thạch nghiêng có chứa bào tử nấm cho vào bình ta giác có chứa môi trường sinh trưởng của nấmKH2PO4: 1,4mlMgSO4.7 H20: 0,1mlNH4NO3: 10 mlFeSO4. 7 H20: 0,01mlKCL: 0.5 mlHồ tinh bột : 20mlPH= 6,5Phân phối khoảng 3040ml môi trường vào erlen 50ml đem khử trùng bởi Autoclave ở 1210C trong 15 phút sau đó để nguội đến nhiệt độ phòng. Tiếp theo đem ủ ở 25300C trong vòng 72 giờ trên máy lắc 200 vòng phút .sau khi nhân giống thành công có thể sử dụng ngay hoặc đem đi bảo quản và dự trữ3.Phương pháp lên men và sản xuất nguyên liệuNguồn nguyên liệu sinh khối Đường hóa bằng emzyme Cacbonhydro cho quá trình lên men SSF Lên men vi khuẩn Dịch lên men Thu hồi và tinh chế Lactic tinh khiết Sơ đồ sản xuất lactic bằng lên men vi sinh vật+ Quá trình đường hóa bằng enzyme: Trươc tiên chủng nấm aspergilus sẽ tiết ra enzyme αamylase dùng để phá vỡ các phân tử tinh bột mạch dài từ phế thải lương thực để tạo thành những mảnh nhỏ.Tiếp theo glucoamylase tác dụng tạo thành glucose thông qua quá trình đường hoá (hơn 90% tinh bột được chuyên thành đường).+ Quá trình lên men : Glucose được lên men thành axit lactic nhờ chủng vi sinh vật sản sinh axit lactic. + Thu hồi và tinh chế:Axit lactic cuối cùng được thu lại, tinh sạch và dùng để sản xuất màng bao gói kiểu này. Sản phẩm cuối cùng chứa 95% axit lactic và 5% các chất thải an toàn với môi trường Do đó sản xuất axit Llactic theo con đường lên men vi sinh vật được cho là một lựa chọn tối ưu, đặc biệt là việc sử dụng vi nấm aspergillus oryase . Chủng vi nấm này có thể thủy phân, đồng hóa tinh bột và tạo ra 100% đồng phân axit Llactic. Quá trình này diễn ra trong điều kiện hiếu khí nghiêm ngặt. Nếu như quá trình lên men vi khuẩn lactic đòi hỏi môi trường giàu dinh dưỡng thì quá trình lên men của aspergillus oryzae chỉ cần môi trường muối khoáng thông thường. Vi nấm trong quá trình sinh trưởng trong môi trường dịch thể, sợi dinh dưỡng bó lại thành dạng pellet, vì thế dễ dàng loại bỏ sinh khối trong quá trình thu hồi sản phẩm sau lên men.Axit lactic (acid 2hydroxypropionic) hay còn gọi là axit sữa là axit tồn tại rộng rãi trong tự nhiên, được tìm thấy ở người, động vật, thực vật và vi sinh vật. Nó lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà hóa học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele vào năm 1780 ở trong sữa chua.Axit lactic khan tinh khiết là những hạt tinh thể rắn màu trắng có nhiệt độ nóng chảy thấp.Đối lập với các axit khác, axit lactic không bay hơi, không mùi, không màu và có vị axit trung bình. Hàm lượng carbon, hydrogen, và oxygen trong phân tử tương ứng là 40%, 6.71% và 53.29% .Trong công thức cấu tạo phân tử của axit lactic có một carbon bất đối nên chúng có hai đồng phân quang học là axit Dlactic và axit Llactic. Hai đồng phân quang học này có tính chất hóa lý giống nhau, chỉ khác nhau khả năng làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng, một sang phải và một sang trái. Do đó tính chất sinh học của chúng hoàn toàn khác nhau.Axit L(+)lactic được chuyển hóa hoàn toàn và nhanh chóng trong quá trình tổng hợp glycogen. Axit Llactic ở dạng tinh thể, chúng có khả năng tan trong nước, tan trong cồn, tan trong ether, không tan trong CHCl3, nhiệt độ nóng chảy 28ºC Axit D()lactic được chuyển hóa ít hơn và phần không chuyển hóa sẽ được bài tiết dưới dạng urein. Sự hiện diện của axit không được chuyển hóa trong ống tiêu hóa sẽ gây tình trạng nhiễm axit trong trẻ sơ sinh.Axit D lactic ở dạng tinh thể, tan trong nước, tan trong cồn, nhiệt độ nóng chảy 28ºC.Hai dạng đồng phân quang học này có tính chất vật lý khác nhau.Các nhóm hydroxyl và carboxyl của axit lactic cho phép axit lactic có một khoảng rộng các phản ứng hóa học.Axit lactic có pKa khoảng 3.86 ở 250C. Nó là một axit trung bình có thể phản ứng với các kim loại hoạt động để tạo khí hydro và muối kim loại.4.Quá trình tổng hợp PLA từ axit lactic Polylactic acid (PLA) là một trong những loại biopolymers được sử dụng phổ biến nhất hiện nay (khoảng 200.000 tấnnăm) (Johansson, et al., 2012, Mehta, et al., 2005) do có độ bền kéo cao, giá thành thấp, trong suốt, khả năng tương hợp sinh học cao. PLA được sản xuất từ tinh bột và đây là nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo từ quá trình sản xuất nông nghiệp, không như các loại polymer khác được sản xuất từ nguyên liệu dầu mỏ. Đặc biệt, PLA rất thân thiện với môi trường bởi khả năng phân hủy sinh học cao (phân hủy hoàn toàn từ 90 đến 180 ngày, tùy theo điều kiện phân hủy sinh học) (Phuong, 2012). Chính vì vậy, trong mười năm trở lại đây, PLA được tập trung nghiên cứu và đưa vào sử dụng rộng rãi trên thị trường, thay thế cho những sản phẩm polymers có nguồn gốc dầu mỏ không phân hủy sinh họcPoly (lactid acid) (PLA) có công thức hóa học là (C3H4O2)n , Mw=0,892,98. 106 (Lu L, 1999, Polylactic acid, 2014).PLA thuộc nhóm poly (αhydroxy ester), được điều chế từ nguồn nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên là tinh bột (đa phần từ tinh bột bắp). PLA có tính chất hóa lý gần giống như (PET) được tổng hợp từ nguyên liệu hóa thạch như độ cứng cao, modun đàn hồi cao, độ bền kéo đứt lớn, nhưng khác với các vật liệu polymers có nguồn gốc dầu mỏ là PLA có khả năng phân hủy sinh học cao nên thân thiện với môi trường (Drumright, et al., 2000, Sawyer, 2003)Tổng hợp Polylactic axit được thực hiện bằng phản ứng trùng hợp mở vòng Lactide (ROP). Lactide (3,6dimethyl 1,4dioxane 2,5dione) là một dime vòng với monome là axit lactic. Phản ứng tạo Lactide trải qua 2 giai đoạn.Đầu tiên, monome axit lactic được trùng ngưng để tạo thành oligome.Sau đó oligome trải qua quá trình đề polyme hóa đồng thời vòng hóa tạo thành lactide.Quá trình tạo thành lactide là một trong những giai đoạn quan trọng nhất bởi độ tinh khiết quang học của lactide có ảnh hưởng đến sản phẩm polyme nhận được. Nước chất xúc tác Polime lactide thôAxit lactic trùng ngưng tổng hợp lactide tinh chế lactide lactide tinh khiết Phần cặn Tạp chất Sơ đồ minh họa quy trình tổng hợp lactide bằng phương pháp trùng hợp oligome axit lactic.Phản ứng Lactide xảy ra theo hai bước Bước 1: Phản ứng ngưng tụBước 2: Phản ứng unzippingBước đầu tiên là sự ngưng tụ trực tiếp axit lactic thành oligome thông qua quá trình loại nước, gia nhiệt trong điều kiện chân không mà không cần sử dụng xúc tác.Thông thường oligome nằm trong khoảng 500 2000 Da.Bước tiếp theo là phản ứng unzipping nhiệt. Xúc tác cho phản ứng là các kim loại, oxit kim loại. Nhiệt độ nằm trong khoảng 200 300oC, trong điều kiện chân không. Sản phẩm lactide thô thường được kết tinh lại trong dung môi hoặc hệ dung môi phù hợp để loại bỏ các tạp chất.Tinh chế lactide Chưng cất:tách hỗn hợp gồm hai phần như lactide, nước, axit lactic và oligome của axit lactic thành những phần riêng đòi hỏi sự hiểu biết động học và hoạt động của thiết bị chân không. Kết tinh lactide bằng hai phương pháp sau: Kết tinh trong dung môi Kết tinh nóng chảyPhương pháp kết tinh cho lactide có độ tinh khiết cao, phù hợp để tổng hợp axit polyLlactic (PLLA) đồng nhất có khối lượng phân tử cao. Phương pháp chưng cất đòi hỏi số đĩa lý thuyết lớn, ngoài ra còn có thể xảy ra sự polyme hóa của lactide trong cột cất. Quá trình kết tinh áp dụng để loại meso lactide ra khỏi sản phẩm. Tuy nhiên, hiệu suất thu hồi D,Llactide không cao do bởi quá trình kết tinh lại cần lặp lại vài lần để đảm bảo độ tinh khiết. Rất nhiều hệ xúc tác đã được sử dụng để nâng cao hiệu suất của sản phẩm lactide đồng thời giảm thiểu hiện tượng raxemic hóa. Trong số những hệ xúc tác đã biết như ZnO, Sb2O3, hợp chất cơ thiếc cho thấy hiệu quả cao nhất do đây là xúc tác khi sản phẩm phản ứng tạo ra có độ raxemic hóa thấp ở nhiệt độ cao, có độc tính thấp so với các kim loại nặng khác, và quá trình loại bỏ khỏi sản phẩm cuối là PLA đã được nghiên cứu và hoàn thiệnb. Tổng hợp PLAPolyaxit lactic là một polyester được tổng hợp bằng phản ứng ngưng tụ monome (axit lactic) hoặc trùng hợp mở vòng lactide.Quá trình trùng ngưng tạo sản phẩm phụ là nước và rất khó bị tách ra khỏi hỗn hợp nên giới hạn khối lượng phân tử của polyme.Phản ứng trùng hợp mở vòng (ROP) lactide có thể cho khối lượng phân tử polyme lớn hơn nhiều và là phương pháp được sử dụng nhiều nhất.Từ quan điểm động học, lactide là một trong những vòng 6 cạnh có thể polyme hóa. Entanpy ở trạng thái tiêu chuẩn polyme hóa tương đối lớn (23kJmol). Dựa trên dữ liệu tinh thể học tia X, trong phân tử tồn tại sức căng vòng do có chứa 2 nhóm ester trong một 6 vòng phẳng. Quá trình phản ứng mở vòng trùng hợp lactide yêu cầu những xúc tác phù hợp để phản ứng xẩy ra và thu được polyme có tính chất mong muốn. 5. Đặc trưng cấu trúc của PLA a. Vi cấu trúc, hình thái học và hình dạng.Cấu trúc của PLA được nghiên cứu bằng nhiều phương pháp phân tích vi cấu trúc và hình thái học của PLA đã được phát triển. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) là những phương pháp điển hình để nghiên cứu hình thái học và tương tác của PLA hay giữa PLA và chất độn, hoặc chất gia cường trong phối trộn hoặc composite. Những tính chất hình thái học và hình dạng của PLA thường được nghiên cứu bằng phổ 1HNMR hoặc phổ dao động.Phổ Raman hoặc phổ hồng ngoại (IR). Phổ IR và Raman thường được sử dụng để nhận được thông tin về pha tinh thể và vô định hình của PLA .Từ thông tin trên phổ Raman và so sánh với dữ liệu về tổng hợp polyme có thể phân tích rõ hơn về độ mềm dẻo của chuỗi polyme. Trên dải Raman tại 1044 cm 1 đặc trưng cho độ căng liên kết CαC và dao động của liên kết CβH. Dải tại 1128 cm 1 đặc trưng cho độ căng liên kết OCα và độ uốn cong của liên kết CαHαtrong PLA.b.Khối lượng mol và cấu trúc phân tử Khối lượng mol và phân bố khối lượng mol của PLA có ảnh hưởng đến tính chất gia công, tính chất cơ và tính phân hủy của polyme. Khối lượng mol của polyme thường được xác định bởi sắc ký thấm gel (GPC) hay đo độ nhớt dung dịch polyme. Hai dung môi phổ biến nhất được sử dụng cho GPC là chloroform và tetrahydrofurane (THF). Trong thông báo gần đây, HPLC có khả năng xác định định lượng từng oligome riêng rẽ và phương pháp này cũng phù hợp cho polyme hóa theo cơ chế phát triển từng bước của axit lactic đến KLPT khoảng 3000 gmol. Một phương pháp khác được sử dụng để phân tích cấu trúc PLA và phân tích khối lượng mol là 1HNMR bởi vì nguyên tử hydro trong đơn vị PLA của nhóm methyl (δ = 5,15) và methyl cạnh nhóm hydroxyl cuối mạch (δ = 4,4) có thể được định lượng từ phổ đồc.Sự phân hủy của PLA Lượng dư xúc tác, monome, và oligome làm giảm nhiệt độ phân hủy và tăng tốc độ phân hủy nhiệt của PLA . Sự thay đổi cấu trúc gây ra bởi phân hủy nhiệt có thể ảnh hưởng đến độ nhớt, tính chất lưu biến, và tính chất cơ lý của PLA và là kết quả gây ra những vấn đề liên quan đến gia công như tạo khói. Những khía cạnh chung của phân hủy nhiệt của PLA đã được xác lập từ những năm 80 với những phương pháp như phân tích nguyên tố, IR, NMR, phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), DSC, và phân tích nhiệt thành phần bay hơi (TVA). TGA cũng có thể được sử dụng để nghiên cứu động học phân hủy nhiệt của PLA.TVAMS, nhiệt phân (py)MS, pyGCMS, hoặc TGA kết hợp với FTIR (TGAFTIR) thường được sử dụng để phân tích sản phẩm phân hủy nhiệt của PLA.Loại và tỷ lệ tương đối của các sản phẩm phân hủy nhiệt của PLA ứng với nhiệt độ phân hủy và quá trình phân hủy xảy ra trong hệ đóng hoặc mở. Các sản phẩm phân hủy nhiệt PLA được nhận biết bao gồm lactide và những oligome dạng vòng có kích cỡ khác nhau, carbon dioxide, carbon 7 monoxide, axit acrylic, methane, ethylene, propylene, methylether (sản phẩm phân mảnh), acetaldehide, và butan1,3dion. Sự trao đổi ester back bitting, là quá trình trans ester hóa nội phân tử tạo thành lactide và các oligome vòng đã được chứng minh là quá trình phân hủy nhiệt chính của PLA. Khi có mặt của xúc tác Sn, hoặc Mg, hay Ca oxide, sự tạo thành có chọn lọc lactide có thể đạt được khi lựa chọn những điều kiện phù hợp.Polylactide tinh thể duy trì tính chất cơ lý gần điểm nóng chảy, nên có nhiệt độ sử dụng cao hơn polyme vô định hình atactic.Polylactide điểm chảy cao là đối tượng hấp dẫn cho những ứng dụng rộng rãi, có thể xây dựng được những phương pháp tổng hợp hiệu quả và giá thành hạ.Nhựa phân hủy sinh học cho thấy rất nhiều ưu điểm so với nhựa truyền thống, đặc biệt là về khía cạnh môi trường. Bên cạnh đó, nghiên cứu của các nhà khoa học cũng cho thấy tiềm năng chế tạo PLA và các vật liệu phân hủy sinh học dựa trên PLA, trong đó có công nghệ chế tạo PLA từ monome axit LLactic tổng hợp từ phế liệu nông lâm nghiệp chứa tinh bột mở ra một hướng mới cho sản xuất PLA tại Việt Nam.IV.DỰ KIẾN SẢN PHẨMSản phẩm là bao bì sinh học phải đạt được các tiêu chuẩn:+tính chống thấm+tính co giãn+đặc tính quang học+kháng nhiệt và hóa chất+ổn định và thân thiện với môi trường+có giá cả cạnh tranh+phù hợp với quy định về bao bì thực phẩm, đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩmƯu điểm:Bao bì dễ phân hủy sinh học trên cơ sở tinh bột có thể có hàm lượng tinh bột từ 10% đến hơn 90%.Không gây ô nhiễm môi trường và sau khi sử dụng sẽ tự phân hủy trong môi trường tự nhiên. Nếu chôn xuống đất có độ ẩm cao thì thời gian phân hủy khoảng 6 tháng.bảo vệ môi trường sống+tận dụng các nguồn tinh bột thải từ các làng nghề +có khả năng tự phân hủy cao trong môi trường tự nhiên+giảm bớt chi phí tái chế bao bì+an toàn với thực phẩm và sức khỏe con ngườiNhược điểm: Ở nước ta việc sử dụng các loại sản phẩm bao bì dễ phân hủy sinh học vẫn chưa thật phổ biến, một phần do chưa tạo được thói quen sử dụng loại sản phẩm này cho người dân. Mặt khác, vẫn chưa có nhiều sản phẩm nhựa dễ phân hủy sinh học được đưa ra thị trường, việc sản xuất loại sản phẩm này mới đang mang tính chất thử nghiệm và công nghệ sản xuất chưa được phổ biến rộng rãi và chưa có những bằng chứng tin cậy, thuyết phục nên vẫn còn gây ra nhiều hoài nghi cho người dùng, liệu đó có phải nhựa dễ phân hủy sinh học hay không? thời gian lưu trữ của những sản phẩm này ngắn bởi nhựa sinh học dễ bị nước thẩm thấu. Điều này làm cho sản phẩm bị mất hay thất thoát đồng thời cũng làm cho chúng bị biến dạng từ từ.+chưa được phổ biến rộng rãi+khả năng in ấn không được rõ nét+độ bề dẻo không tốt bằng các sản phẩm bao bì plasticV. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA SẢN PHẨMĐiểm mới của sản phẩm này là hoàn toàn thay thế được các sản phẩm chế từ nhựa nhiệt dẻo thông dụng, sau khi sử dụng sản phẩm tự phân hủy thành dạng bột, không gây ô nhiễm môi trường.Trong khi sản phẩm bao bì túi đựng thông thường không tự phân hủy được nên gây ô nhiễm môi trường nặng nề.Công ty CRC sản xuất thực phẩm và bao bì quốc tế ở Australia đã sản xuất loại nhựa tinh bột nhiệt dẻo có hàm lương amylozơ cao hơn 70%. Người ta đã thử nghiệm thành công sử dụng polyme bột ngô làm phủ đất và cho thấy màng này có tính chất tốt ngang màng PE với ưu thế là sau một vụ thu hoạch màng có thể vùi lấp vào đất.Các ứng dụng nói chung là màng để chế tạo túi mua sắm, túi đựng bánh mì, màng bọc, màng phủ đất. Xốp đệm và sản phẩm ép phun như thùng chứa cũng là một xu hướng ứng dụng tốt.Polystyren xốp có thể được thay bằng xốp tinh bột dễ phân hủy sinh học làm xốp đệm và đĩa xốp.Đệm xốp tinh bột là sản phẩm dễ chế tạo và là một thị trường đầy tiềm năng.Các đặc tính vật lý cần có đối với polyme để làm bao bì phụ thuộc vào mặt hàng được bao gói và môi trường bao bì được cất giữ. Mặt hàng được cất giữ trong điều kiện làm lạnh sâu cần có bao gói đặc biệt. Thực phẩm đòi hỏi điều kiện bao gói khắt khe hơn so với mặt hàng khác không thối hỏng Polylactic axit (PLA) được chế tạo bằng phản ứng đa tụ của monome lactic axit, có độ bền kéo đứt 4570 MPa, và độ giãn dài 85 105%.Một phòng thí nghiệm nông học quốc gia đã có bằng phát minh về quy trình chế tạo glucozo từ bộ khoai tây trong 10 giờ thay vì 100 giờ như trước đây.Sau đó glucozo được lên men thành axit lactic và tinh chế.Phòng thí nghiệm này đã đánh giá rằng, giá của axit lactic chế tạo từ tinh bột đủ thấp để điều chế PLA và hàng bao gói phân hủy sinh học với giá cả hợp lý.Trên cơ sở PLA có thể chế tạo vật liệu bao gói hàng khô, đựng rác thải, mặt hàng hấp thụ và đồ đựng thực phẩm. Sản xuất nguyên liệu bao bì sinh học  Nhóm Lý chọn đề tài   Hành tinh bị tải loại rác thải không phân hủy, loại bao bì nilon chiếm tỉ trọng đáng kể  Xu hướng tạo nhu cầu lớn loại túi thay làm vật liệu có khả tái sinh giúp bảo vệ môi trường, bao gồm loại túi tái sử dụng túi dễ phân huỷ  Một vấn đề lớn cần quan tâm nước ta tình trạng ô nhiễm môi trường làng nghề chế biến nông sản ngô khoai sắn thiết làng nghề thường mang tính tự phát , quy mô nhỏ hẹp…ý thức bảo vệ môi trường chủ sở sản xuất kinh doanh chưa cao, nước thải từ làng nghề chế biến nông sản lại chứa hàm lượng tinh bột cao gây khó khăn việc xử lý   Enzyme amylase có nhiều ưu điểm sử dụng acid để thuỷ phân tinh bột: Năng lượng xúc tác thấp, không yêu cầu cao thiết bị sử dụng Trong thiên nhiên, enzyme amylase có hầu hết vi sinh vật, thực vật động vật  enzym amylase tìm thấy nhiều nguồn khác amylase từ thực vật, động vật vsv  Ngày có ưu nhiều mặt, vi sinh vật trở thành nguồn thu enzyme chủ đạo amylase  tách chiết từ VSV có khả chịu nhiệt cao mà không bị hoạt tính Hơn enzyme amylase tổng hợp từ aspergillus aryzae có hiệu lực cao so với số chủng nấm mốc vi khuẩn khác Nhờ hoạt tính amylase Aspergillus để phân hủy phế thải lương thực tạo vật liệu sản xuất bao bì dễ phân hủy sinh học Tổng quan  Trên giới nay, loại bao bì an toàn thân thiện với môi trường phát triển mạnh mẽ Các nghiên cứu nhằm tạo loại bao bì có khả phân hủy sinh học thân thiện với môi trường thu hút quan tâm nhiều nhóm nghiên cứu Các loại vật liệu phân hủy sinh học polylactic axit (PLA), polyhydroxybutyrat (PHB) xem ứng cử viên cho hướng phát triển có khả phân hủy tự nhiên, không gây ô nhiễm môi trường   Trong có số nghiên cứu tiêu biểu : Nghiên cứu chế tạo ứng dụng vật liệu polyme phân hủy sinh học tác giả: PGS TS Phạm Thế Trinh - Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam Công trình nghiên cứu sản xuất loại polymer sinh học làm từ bột khoai mì PGS.TS Trương Vĩnh, Trưởng Bộ môn Công nghệ hóa học Trường ĐH Nông Lâm TPHCM Công trình nghiên cứu sản xuất loại polymer sinh học sở tinh bột ngô Th.S Trương Phước Nghĩa - Đại học Khoa học tự nhiên, TPHCM II.PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN  2.1.Phương pháp tiếp cận  Từ bất cập từ vấn đề có liên quan đến phế thải lương thực chứa nhiều tinh  bột thủy phân tinh bột enzyme amylase số chủng vi sinh vật biện pháp khả thi sử dụng vi sinh vật sử dụng nguồn tinh bột phế thải nguyên liệu để tạo sản phẩm thân thiện với môi trường   2.2.Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp pháp phân lập chủng vi sinh vật  Phương pháp lên men  Phương pháp nghiên cứu thử nghiệm sản xuất giống  Phương pháp nghiên cứu sản xuất axit lactic cách lên men vi sinh vật  Phương pháp nghiên cứu tổng hợp PLA từ axit lactic III.KẾ HOẠCH THỰC HIỆN  Mục đích: bảo vệ môi trường  Sản xuất nguyên liệu bao bì dễ phân hủy sinh học từ phế thải lương thực nhờ vi sinh vật  Kết đầu ra: sản xuất bao túi sinh học dễ phân hủy, tận dụng lượng phế thải bỏ  Hoạt động: 3.1.Xác định đối tượng ( đặc tính, ứng dụng ) 3.1.1.phế thải lương thực (tinh bột) Nghiên cứu tinh bột bao gồm nghiên cứu khả hấp thụ nước nó, biến tính phân tử phương pháp hóa học, đặc tính lúc khuấy nhiệt độ cao độ bền biến dạng trượt nhiệt 3.1.2 Nấm aspergillus Tìm hiểu đặc tính nấm khả tiết enzyme oryaze Cách thực  Phương pháp phân lập nấm mốc Aspergillus oryzae Nghiền mẫu mẫu khoai tây  Lấy 10g mẫu đất mẫu khoai tây cho vào 900ml nước cất vô trùng sau đào trộn mẫu Dùng pipet hút 10ml từ dung dịch mẫu ban đầu chuyển sang ống nghiệm khác có chứa 90ml nước cất vô trùng Tiếp tục pha loãng mẫu nồng độ10 -3 -4 , 10 ống nghiệm Hút 0,1 ml cho vào đĩa petri có chứa môi trường dinh dưỡng chọn lọc cho nấm mốc pahts triển , môi trường PDA Dùng que trải , trải phần dinh dưỡng bề mặt môi trường đem ủ nhiệt độ phòng vòng ngày  Nấm mốc sử dụng nguồn tinh bột làm chất nên chỗ xuất quầng sáng xung quanh khuẩn lạc Nhận biết cách bổ sung Iodine vào môi trường cấy có tác dụng chất thị cho tinh bột Cấy truyền nấm mốc đặc trưng cho môi trường PDA ống thach nghiêng với 1%tinh bột cho phép nấm mốc phát triển 72 sau dự trữ máy làm đông Nhân giống vi sinh vật bình tam giác (quy mô nhỏ) Đổ 10ml H20 cất vô trùng vào ống thạch nghiêng có chứa bào tử nấm cho vào bình ta giác có chứa môi trường sinh trưởng nấm Phương pháp lên men sản xuất nguyên liệu Nguồn nguyên liệu sinh khối  Đường hóa emzyme SSF Cacbonhydro cho trình lên men Lên men vi khuẩn Dịch lên men Thu hồi tinh chế Lactic tinh khiết Sơ đồ sản xuất lactic lên men vi sinh vật Quá trình tổng hợp PLA từ axit lactic   Tổng hợp Polylactic axit thực phản ứng trùng hợp mở vòng   i ii Lactide (ROP) Lactide (3,6-dimethyl 1,4-dioxane 2,5-dione) dime vòng với monome axit lactic Phản ứng tạo Lactide trải qua giai đoạn: Đầu tiên, monome axit lactic trùng ngưng để tạo thành oligome Oligome trải qua trình đề polyme hóa đồng thời vòng hóa tạo thành lactide.Quá trình tạo thành lactide giai đoạn quan trọng độ tinh khiết quang học lactide có ảnh hưởng đến sản phẩm polyme nhận IV.DỰ KIẾN SẢN PHẨM  Ưu điểm:  Bao bì dễ phân hủy sinh học sở tinh bột có hàm lượng tinh bột từ 10% đến 90%.Không gây ô nhiễm môi trường sau sử dụng tự phân hủy môi trường tự nhiên Nếu chôn xuống đất có độ ẩm cao thời gian phân hủy khoảng tháng.bảo vệ môi trường sống  tận dụng nguồn tinh bột thải từ làng nghề  có khả tự phân hủy cao môi trường tự nhiên  Giảm bớt chi phí tái chế bao bì  an toàn với thực phẩm sức khỏe người Nhược điểm:  Ở nước ta việc sử dụng loại sản phẩm bao bì dễ phân hủy sinh học chưa thật phổ biến, phần chưa tạo thói quen sử dụng loại sản phẩm cho người dân Mặt khác, chưa có nhiều sản phẩm nhựa dễ phân hủy sinh học đưa thị trường, việc sản xuất loại sản phẩm mang tính chất thử nghiệm công nghệ sản xuất chưa phổ biến rộng rãi chưa có chứng tin cậy, thuyết phục nên gây nhiều hoài nghi cho người dùng, liệu có phải nhựa dễ phân hủy sinh học hay không? thời gian lưu trữ sản phẩm ngắn nhựa sinh học dễ bị nước thẩm thấu Điều làm cho sản phẩm bị hay thất thoát đồng thời làm cho chúng bị biến dạng từ từ   +chưa phổ biến rộng rãi  +khả in ấn không rõ nét  +độ bề dẻo không tốt sản phẩm bao bì plastic V KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA SẢN PHẨM   Điểm sản phẩm hoàn toàn thay sản phẩm chế từ nhựa nhiệt dẻo thông dụng, sau sử dụng sản phẩm tự phân hủy thành dạng bột, không gây ô nhiễm môi trường.Trong sản phẩm bao bì túi đựng thông thường không tự phân hủy nên gây ô nhiễm môi trường nặng nề [...]... nhiên  Giảm bớt chi phí tái chế bao bì  an toàn với thực phẩm và sức khỏe con người Nhược điểm:  Ở nước ta vi c sử dụng các loại sản phẩm bao bì dễ phân hủy sinh học vẫn chưa thật phổ biến, một phần do chưa tạo được thói quen sử dụng loại sản phẩm này cho người dân Mặt khác, vẫn chưa có nhiều sản phẩm nhựa dễ phân hủy sinh học được đưa ra thị trường, vi c sản xuất loại sản phẩm này mới đang mang tính... nghiệm và công nghệ sản xuất chưa được phổ biến rộng rãi và chưa có những bằng chứng tin cậy, thuyết phục nên vẫn còn gây ra nhiều hoài nghi cho người dùng, liệu đó có phải nhựa dễ phân hủy sinh học hay không? thời gian lưu trữ của những sản phẩm này ngắn bởi nhựa sinh học dễ bị nước thẩm thấu Điều này làm cho sản phẩm bị mất hay thất thoát đồng thời cũng làm cho chúng bị biến dạng từ từ   +chưa được...  +khả năng in ấn không được rõ nét  +độ bề dẻo không tốt bằng các sản phẩm bao bì plastic V KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA SẢN PHẨM   Điểm mới của sản phẩm này là hoàn toàn thay thế được các sản phẩm chế từ nhựa nhiệt dẻo thông dụng, sau khi sử dụng sản phẩm tự phân hủy thành dạng bột, không gây ô nhiễm môi trường.Trong khi sản phẩm bao bì túi đựng thông thường không tự phân hủy được nên gây ô nhiễm môi...IV.DỰ KIẾN SẢN PHẨM  Ưu điểm:  Bao bì dễ phân hủy sinh học trên cơ sở tinh bột có thể có hàm lượng tinh bột từ 10% đến hơn 90%.Không gây ô nhiễm môi trường và sau khi sử dụng sẽ tự phân hủy trong môi trường tự nhiên Nếu chôn xuống đất có độ ẩm cao thì thời gian phân hủy khoảng 6 tháng.bảo vệ môi trường sống  tận dụng các nguồn tinh bột thải từ các làng nghề  có khả năng tự
- Xem thêm -

Xem thêm: Sản xuất nguyên liệu bao bì sinh học từ vi sinh vật, Sản xuất nguyên liệu bao bì sinh học từ vi sinh vật, Sản xuất nguyên liệu bao bì sinh học từ vi sinh vật

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nạp tiền Tải lên
Đăng ký
Đăng nhập