Luận án Nghiên cứu quá trình tiền xử lý và hệ vi sinh vật phân giải vỏ quả cà phê vối (Coffea Robusta) để lên men tạo Ethanol

g/g thì sự phân hủy lignin và sự hòa tan hemicellulose diễn ra 
nhanh chóng. Tuy nhiên, tiếp tục tăng tỷ lệ lên 0,3÷0,4 g/g thì mức độ suy giảm 
của hai thành phần này chậm lại và có xu thế không giảm nữa. Điều này cũng 
diễn ra tương tự đối với cellulose nhưng mức độ thủy phân cellulose là chậm 
hơn nhiều. 
Khi tăng nhiệt độ và thời gian tiền xử lý kiềm cũng mang lại kết quả tương 
tự (Hình 4.5, Hình 4.6 và Hình 4.7). Điều này được lý giải như sau: Kiềm 
(NaOH) gây ra sự thoái hóa các liên kết ester và các liên kết glycosid mạch bên 
dẫn đến sự thay đổi cấu trúc lignin. Từ đó, làm trương nở và giảm sự kết tinh 
cellulose đồng thời hòa tan một phần hemicellulose (Cheng et al., 2010). Kết 
quả là, khi tăng tỷ lệ, nhiệt độ và thời gian tiền xử lý kiềm cũng có nghĩa là thúc 
đẩy phản ứng thủy phân các liên kết diễn ra một cách nhanh hơn. NaOH đã được 
nghiên cứu rộng rãi trong nhiều năm và nó đã được chứng minh là phá vỡ cấu 
trúc lignin của sinh khối, tăng khả năng tiếp cận của enzyme với cellulose và 
hemicellulose (MacDonald et al., 1983; Zhu et al., 2010). 
Theo nghiên cứu của Menezes et al. (2014) khi tiền xử lý vỏ quả cà phê bằng 
NaOH 4% (w/v) ở 1210C trong 25 phút thì hiệu quả mang mại là 74,81% lignin 
bị loại bỏ, 55,85% hemicellulose bị loại bỏ nhưng chỉ giữ lại được 69,18% 
cellulose (Menezes et al., 2014). Ngoài ra Xu and Cheng (2011) cho rằng, điều 
kiện tốt nhất cho tiền xử lý cỏ là 0,5÷2% NaOH ở 121oC trong thời gian 15 phút, 
30 phút và 1 giờ. Kết quả lignin bị loại bỏ là 85,8% (Xu and Cheng, 2011). Còn 
khi tiến hành tiền xử lý thân cây bông bằng 4 loại hóa chất: NaOH, H2SO4, H2O2 
và O3 thì kết quả cũng tương tự những nghiên cứu khác khi thấy rằng NaOH là 
kiềm cho hiệu quả tốt nhất (65,63% chất xơ bị loại bỏ khi sử dụng 2% NaOH 
trong 90 phút ở 121oC) (Silverstein et al., 2007). Mặt khác, vôi tôi Ca(OH)2 
cũng được nghiên cứu trong tiền xử lý thân cây ngô. Theo Kim and Holtzapple 
(2005), điều kiện tiền xử lý tối ưu là 0,5 g Ca(OH)2/g nguyên liệu ở 55oC. Sau 
bốn tuần tiền xử lý thu được kết quả: 97,7% cellulose được giữ lại, 32,3% 
hemicellulose và 66,9% lignin bị loại bỏ. Kết quả này cho thấy hiệu quả tiền xử 
lý bằng Ca(OH)2 rất tốt và có khi còn tốt hơn so với NaOH vì giá thành rẻ hơn 
và giữ lại được nhiều cellulose hơn (Kim and Holtzapple, 2005). Tuy nhiên còn 
phải phụ thuộc vào quá trình thủy phân và lên men thì mới đánh giá hết được 
hiệu quả của nó vì sản phẩm cuối cùng là lượng ethanol tạo thành. 
93 
Các điều kiện cho tiền xử lý kiềm thường ít nghiêm trọng hơn so với các 
phương pháp tiền xử lý khác mà đặc biệt là tiền xử lý bằng acid loãng. Bởi vì 
phương pháp này có thể thực hiện ở điều kiện môi trường xung quanh với nhiệt 
độ thấp hơn nhiều so với tiền xử lý bằng acid, nổ hơi hay thủy nhiệt. Ngoài ra, 
tiền xử lý bằng kiềm cho thấy hiệu quả loại bỏ lignin và hemicellulose là rất tốt, 
phù hợp đối với sinh khối nông nghiệp có hàm lượng lignin cao. Phương pháp 
này cũng cho thấy có ít chất ức chế nấm men được tích lũy trong dịch thủy phân. 
Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm lớn là hòa tan một phần cellulose 
làm suy giảm hàm lượng cellulose có trong nguyên liệu. Sau quá trình tiền xử 
lý bằng kiềm là quá trình trung hòa hoặc rửa trung tính cho nên gây tốn kém 
lượng nước khá lớn hay một lượng acid được đưa vào để trung hòa lượng kiềm 
còn dư sau quá trình tiền xử lý (Brodeur et al., 2011). Điều này dẫn đến việc gia 
tăng chi phí sản xuất và chi phí xử lý lượng muối tạo thành sau quá trình trung 
hòa. 
Điều kiện tiền xử lý tối ưu bằng kiềm loãng NaOH đối với vỏ quả cà phê là: 
Tỷ lệ kiềm 0,2 g/g NL, tỷ lệ nguyên liệu/dịch kiềm là 1:10, nhiệt độ tiền xử lý 
120oC và thời gian 20 phút. Ở điều kiện xử lý này, loại bỏ được 47,1% 
hemicellulose và 76,6% lignin ra khỏi nguyên liệu. 
4.2.5 Tiền xử lý vỏ quả cà phê bằng chủng nấm P. chrysosporium 
Theo kết quả phân tích hàm lượng xơ (cellulose, hemicellulose và lignin) 
ở Bảng 4.8, khi tăng thời gian tiền xử lý thì cả ba thành phần cellulose, 
hemicellulose và lignin đều có chiều hướng giảm dần nhưng sự suy giảm này là 
không giống nhau. Cụ thể, sau 50 ngày tiền xử lý: cellulose giảm tối đa 23,7%, 
hemicellulose giảm 14,1% và lignin giảm 51,4%. Điều này được lý giải như 
sau, khi tiến hành thu nhận và tinh sạch enzyme từ chủng P. chrysosporium ở 
điều kiện nhiệt độ 37oC, pH 5 trong đệm natri acetat thu được năm loại enzyme 
khác nhau có trọng lượng phân tử từ 14÷94 kDa và thông qua diện di 
SDS/PAGE cho thấy sự có mặt của cellulase, lignin peroxidase (LiP), 
manganese peroxidase (MnP) và laccase (Henriksson et al., 1999; Yao and 
Nokes, 2014). Trong đó LiP, MnP và laccase là các enzyme phân hủy sinh học 
lignin. Chúng phân cắt cầu nối carbon α và carbon β, mở vòng thơm, oxi hóa 
nhóm hydroxyl, oxy hóa phenolic thành phenoxyl và demethyl hóa (Rüttimann-
Johnson et al., 1994, Ollikka et al., 1995; Srinivasan et al., 1995). 
94 
Bảng 4.8: Sự thay đổi hàm lượng cellulose, hemicellulose và lignin theo thời 
gian và độ ẩm nguyên liệu 
Thời gian 
(ngày) 
Độ ẩm NL 
(%) 
Cellulose 
(g/100g vỏ khô) 
Hemicellulose 
(g/100g vỏ khô) 
Lignin 
(g/100g vỏ khô) 
NL 25,88±0,2a 3,67±0,17a 20,07±0,18a 
10 
55 25,7±0,12a 3,64±0,1ab 19,44±0,11b 
65 25,37±0,1b 3,61±0,09abc 19,4±0,14b 
75 25,14±0,14bc 3,56±0,09abcd 18,08±0,14cd 
85 25,06±0,16c 3,55±0,07abcd 17,86±0,07d 
20 
55 25,33±0,19b 3,62±0,08ab 18,17±0,13c 
65 24,29±0,16f 3,56±0,05abcd 18,07±0,09cd 
75 23,59±0,16g 3,47±0,06abcd 14,1±0,07g 
85 23,33±0,14g 3,45±0,07bcd 13,44±0,09h 
 55 24,99±0,11cd 3,61±0,09abc 17,34±0,14e 
30 65 23,33±0,11g 3,51±0,08abcd 17,19±0,12ef 
 75 22,19±0,14i 3,41±0,09def 11,49±0,08i 
 85 21,78±0,12j 3,37±0,07defg 10,54±0,14k 
 55 24,72±0,08de 3,57±0,06abcd 17,19±0,07ef 
40 65 22,54±0,11h 3,42±0,07cde 17,03±0,14f 
 75 21,05±0,09k 3,25±0,11efgh 11,15±0,07j 
 85 20,51±0,07l 3,2±0,07gh 9,99±0,14l 
 55 24,55±0,1ef 3,56±0,11abcd 17,12±0,11ef 
50 65 22,05±0,09ij 3,4±0,07defg 16,95±0,14f 
 75 20,35±0,09l 3,21±0,09fgh 10,77±0,08k 
 85 19,73±0,1m 3,15±0,09h 9,74±0,1k 
Các giá trị cùng một cột có ký tự in thường khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở p<0,05 
Vỏ quả cà phê khô có độ ẩm 6,8% db 
Sự suy giảm hàm lượng lignin không hoàn toàn tuyến tính theo thời gian 
tiền xử lý bởi chủng nấm mục trắng P. chrysosporium. Sau các khoảng thời gian 
10, 20, 30, 40, 50 ngày thì hàm lượng lignin giảm so với ban đầu tương ứng là 
11%, 33%, 47,5%, 50,2% và 51,4%. Kết quả cho thấy, lignin giảm nhẹ trong 
khoảng thời gian đầu của quá trình xử lý, sau thời gian 10 ngày hàm lượng lignin 
bắt đầu giảm mạnh nhưng càng về sau (ngày thứ 30) thì lại giảm từ từ. Điều này 
được lý giải như sau: những ngày đầu của quá trình tiền xử lý là quá trình thích 
nghi và bắt đầu phát triển tăng sinh của nấm mục trắng và cho đến khi trong môi 
trường bắt đầu thiếu hụt nguồn nitrogen thì băt đầu sản sinh một số enzyme 
ngoại bào như laccase, LiP hay MnP (Tien and Kirk, 1988). 
Theo báo cáo của Yao et al. (2014) thì sau 166 giờ (khoảng 7 ngày) nuôi 
cấy thì chủng P. chrysosporium bắt đầu sinh enzyme laccase sau đó là LiP và 
MnP và các enzyme này sẽ hoạt động tối đa sau 288 giờ (12 ngày) (Yao and 
Nokes, 2014). Hay theo nghiên cứu của Potumarthi et al. (2013), hoạt tính 
enzyme LiP đạt cao nhất ở 19 ngày, MnP hoạt động mạnh trong khoảng thời 
gian 12÷26 ngày, các enzyme GLOX và AAO hoạt động mạnh từ ngày thứ 
95 
16÷18 của quá tiền xử lý. Ngoài ra, trong quá trình xử lý Potumarthi cũng thấy 
rằng chủng P. chrysosporium ngoài sinh các enzyme ngoại bào để phân hủy 
lignin còn có mặt của enzyme thủy phân như cellulase hoạt lực mạnh nhất ở 
ngày thứ 20 và xylanse hoạt lực cao nhất ở ngày thứ 16 (Potumarthi et al., 2013). 
Thực tế cho thấy rằng, trong khoảng 5 ngày đầu của quá trình nuôi cấy, 
lượng oxy trong môi trường lúc này dồi dào và nấm mục trắng sử dụng để tăng 
sinh nhanh chóng đến khi các sợi nấm tích lũy ngày càng lớn dần và bắt đầu 
thâm nhập sâu hơn vào bên trong nguyên liệu và lan ra toàn bộ khối nguyên liệu 
sau 11 ngày nuôi cấy cho nên sau khoảng 11 ngày nếu quan sát ta thấy không 
có sự tăng trưởng đáng kể về sợi nấm và đây cũng là thời điểm các enzyme 
ngoại bào hoạt động mạnh nhất. 
Theo báo cáo của Liu et al. (2014) khi thực hiện tiền xử lý thân cây ngô 
bằng chủng nấm mục trắng P. chrysosporium kết quả thu được 19,9% cellulose 
bị thủy phân, 32,4% hemicellulose bị phân hủy và 39% lignin bị suy thoái sau 
30 ngày xử lý ở nhiệt độ 28oC (Liu et al., 2014). Kết quả loại bỏ lignin trong 
nghiên cứu của Liu tuy có thấp hơn so với trong nghiên cứu này là bởi vì thời 
gian xử lý ngắn hơn và nhiệt độ thấp hơn nhưng theo dự đoán của Liu thì nếu 
tiếp tục kéo dài thêm thời gian tiền xử lý thì mức độ suy giảm lignin sẽ tiếp tục 
tăng. Hoặc khi tiến hành tiền xử lý thân cây ngô bằng chủng nấm mục trắng P. 
chrysosporium ở điều kiện 35oC, độ ẩm nguyên liệu 80%, sau thời gian 11 ngày 
thu được kết quả 36,4% lignin bị loại bỏ, 30,75% cellulose và 14,01% 
hemicellulose cũng mất đi trong quá trình tiền xử lý (Yao and Nokes, 2014). 
Tuy nhiên, theo Yao et al. (2014) điều kiện xử lý thân cây ngô tốt nhất là 
7 ngày vì ở thời điểm này sự hao hụt cellulose chỉ khoảng 18% so với 11 ngày 
là 30,75%, trong khi đó hiệu quả loại bỏ lignin giảm đi 25%. Ngoài ra, theo báo 
cáo của Potumarthi et al. (2013), sau 60 ngày xử lý rơm lúa mì bằng chủng 
Phanerochaete ostreatus (cũng là nấm mục trắng) thu được kết quả khả quan 
khi 28,4% lignin bị phân hủy và 36,8% holocellulose (bao gồm cellulose và 
hemicellulose) bị mất đi (Potumarthi et al., 2013). Nhiều nghiên cứu cho thấy 
rằng, P. chrysosporium còn được sử dụng để xử lý thân cây bông. Điển hình là 
nghiên cứu của Shi et al. (2009), khi nhóm tác giả thực hiện tiền xử lý thân cây 
bông bằng chủng P. chrysosporium thu được kết quả: 33,9% lignin bị suy thoái 
sau 14 ngày nuôi cấy có bổ sung mangan vào môi trường (Shi et al., 2009). 
Bên cạnh đó, sự suy giảm của ba thành phần cellulose, hemicellulose và 
lignin có tương quan dương với hàm lượng nước có trong nguyên liệu (Bảng 
4.8). Khi tăng hàm lượng nước ban đầu từ 55% lên 85% thì hàm lượng chất xơ 
giảm dần theo thời gian. Điều này được giải thích như sau: nước trong nguyên 
96 
liệu đóng vai trò như một dung môi để vận chuyển chất dinh dưỡng cũng như 
giúp duy trì cấu trúc tế bào và phân tử ổn định (Gervais and Molin, 2003; Shi, 
Sharma-Shivappa and Chinn, 2009). Mặc dù sự phát triển của vi nấm có thể 
được bắt đầu ở mức độ ẩm 50%, chức năng trao đổi chất của P. chrysosporium 
dường như không thể được hỗ trợ tích cực, bằng chứng chỉ 5,1% cellulose suy 
giảm, 2,9% hemicellulose suy giảm và 14,6% lignin bị suy giảm so với ban đầu 
ở mức độ ẩm 55%. Tuy nhiên khi tăng độ ẩm lên 75% và 85% thì sự suy giảm 
này là đáng kể. Cụ thể, cellulose giảm 21,3% ở độ ẩm 75% và 23,7% ở độ ẩm 
85%; hemicellulose giảm 12,5% ở độ ẩm 75% và 14,1% ở độ ẩm 85% và lignin 
giảm 46,3% ở độ ẩm 75% và 51,4% ở độ ẩm 85% sau 50 ngày xử lý ở nhiệt độ 
35oC. 
Kết quả này chứng minh rằng độ ẩm ban đầu ảnh hưởng rất lớn đến sự 
phát triển của nấm mục trắng cũng như sự suy giảm hàm lượng chất xơ có trong 
vỏ quả cà phê. Điều này cũng được báo cáo trong các nghiên cứu của Lonsane 
(Lonsane et al., 1985) hay Mitchell (Mitchell et al., 2000). Ngoài ra, kết quả 
của nghiên cứu cũng tương đồng với quan sát về chủng P. chrysosporium của 
Yao et al. (2014) khi khảo sát sự ảnh hưởng của độ ẩm đến sự suy thoái lignin 
khi tiền xử lý thân cây ngô. Kết quả cho thấy ở độ ẩm 50% chỉ có 14,4% lignin 
bị suy giảm và 36,4% lignin bị suy giảm ở độ ẩm 80% sau 10 ngày tiền xử lý 
bằng chủng P. chrysosporium ở nhiệt độ 35oC (Yao and Nokes, 2014). Hay 
theo báo cáo của Shi et al. (2008), ở độ ẩm 65% có 21% lignin bị loại bỏ, khi 
độ ẩm tăng lên 75% có khoảng 26% lignin bị loại bỏ và nếu tiếp tục tăng độ ẩm 
ban đầu của nguyên liệu lên 80% thì sự suy giảm lignin không tăng nhanh mà 
chỉ tăng từ từ (khoảng 27% lignin bị loại bỏ) (Shi et al., 2008). 
Qua những phân tích và nhận định bên trên, điều kiện tiền xử lý tốt nhất 
đối với chủng nấm P. chrysosporium là độ ẩm ban đầu 85%, sau 40 ngày tiền 
xử lý cellulose suy giảm 20,7%, loại bỏ được 12,8% hemicellulose và 50,2% 
lignin ra khỏi nguyên liệu. 
4.2.6 Hiệu quả của việc kết hợp nhiều phương pháp tiền xử lý trên đối 
tượng vỏ quả cà phê 
Qua các nghiên cứu trước đây về quá trình tiền xử lý sinh khối 
lignocellulose, nhìn chung tiền xử lý bởi chủng nấm mục trắng P. 
chrysosporium cho hiệu suất loại bỏ lignin thường không cao dao động từ 
20÷40%. Trong khi đó tiền xử lý bằng acid hoặc kiềm tỏ ra hiệu quả hơn, thời 
gian xử lý ngắn hơn nhưng nhiệt độ xử lý cao hơn rất nhiều nên kéo theo chi 
phí gia tăng, thiết bị phức tạp chế tạo tốn kém. Tuy nhiên, nếu tiền xử lý bằng 
acid hoặc kiềm thì gây mức độ tổn thất cellulose cao hơn so với tiền xử lý bằng 
97 
vi sinh vật, và có thể sản sinh ra một số chất ức chế nấm men. Do đó, tùy thuộc 
vào tính chất của nguyên liệu, tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà có thể đưa ra 
được một phương pháp tiền xử lý tối ưu cho loại nguyên liệu đó hoặc có thể 
phải kết hợp nhiều phương pháp tiền xử lý khác nhau để mang lại hiệu quả cao 
hơn so với khi sử dụng một phương pháp đơn lẻ. 
Nhiều phương pháp tiền xử lý khác nhau đã được sử dụng dựa trên các cơ 
chế khác nhau như: tăng diện tích bề mặt sinh khối, cải thiện độ xốp của nguyên 
liệu, giảm cellulose kết tinh hay loại bỏ hemicellulose và lignin (Van Dyk and 
Pletschke, 2012). Cả hai thành phần hemicellulose và lignin là yếu tố quan trọng 
trong việc cấu thành sinh khối lignocellulose và chúng còn liên kết chặt chẽ với 
cellulose. Trong khi việc sử dụng một phương pháp tiền xử lý đơn lẻ nào đó chỉ 
mang lại hiệu quả tốt đối với một phương diện nào đó chứ không giải quyết triệt 
để các yêu cầu nói trên. Do đó, sự kết hợp của nhiều phương pháp tiền xử lý là 
giải pháp tốt vừa đảm bảo yêu cầu cellulose không bị tổn thất quá nhiều, giảm 
vùng kết tinh của cellulose, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với enzyme thủy phân 
vừa loại bỏ nhiều lignin hay thu hồi được nhiều hemicellulose. 
Trong nghiên cứu này, H2SO4 2% và NaOH 0,2 g/g NL kết hợp ở điều 
kiện nhiệt độ và thời gian tương ứng là 140oC trong 45 phút và 120oC trong 20 
phút có và không có sự hỗ trợ vi sóng được lựa chọn cho nghiên cứu tiền xử lý 
vỏ quả cà phê. Sự kết hợp của hai hay ba phương pháp và thứ tự thực hiện chúng 
cũng được quan tâm. Mẫu đối chứng chỉ xử lý bằng nước nóng trong cùng điều 
kiện. Hiệu quả của quá trình tiền xử lý sẽ được đánh giá thông qua kết quả chụp 
SEM bề mặt, hàm lượng chất xơ còn lại, đường khử giải phóng trong dịch tiền 
xử lý, glucose và đường khử trong dịch thủy phân. Kết quả phân tích các thành 
phần trên được trình bày trong Hình 4.8, Hình 4.9 và Hình 4.10. 
Việc kết hợp tiền xử lý bằng acid và kiềm theo thứ tự khác nhau mang lại 
những kết quả khá bất ngờ. Hầu hết các mẫu đã qua tiền xử lý bằng kiềm, acid 
hay vi sinh vật đều thu được hàm lượng đường khử trong dịch tiền xử lý đều 
lớn hơn nhiều so với mẫu đối chứng chỉ xử lý bằng nước. Trong đó, tiền xử lý 
bằng acid cho lượng đường khử cao hơn khi xử lý bằng kiềm (Hình 4.8). Kết 
quả này khá tương đồng với nghiên cứu của Vũ Nguyên Thành (2010) khi tiến 
hành tiền xử lý bã mía bằng acid H2SO4 0,75% ở 121oC trong 1 giờ thu được 
19,76% lượng đường khử và khi xử lý bằng NaOH 1,5% trong cùng điều kiện 
thu được 6,03% đường khử trong dịch thủy phân (Vũ Nguyên Thành, 2010). 
98 
Hình 4.8: Ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý khác nhau đến sự thay 
đổi hàm lượng đường khử có trong dịch tiền xử lý 
Tuy nhiên, để so sánh hiệu quả của các phương pháp tiền xử lý thì việc 
dựa vào kết quả phân tích hàm lượng đường khử tạo thành trong dịch tiền xử lý 
là chưa đủ căn cứ, cần phải có sự so sánh toàn diện hơn đó là dựa vào sự thay 
đổi thành phần chất xơ đặc biệt là sự suy giảm lignin và hemicellulose. Bên 
cạnh đó cũng cần phải xem xét các yếu tố như sự hình thành chất ức chế nấm 
men và quan trọng hơn đó là hàm lượng đường khử hình thành sau quá trình 
thủy phân. 
Hình 4.9: Sự thay đổi thành phần chất xơ trong vỏ quả cà phê theo các phương 
pháp tiền xử lý khác nhau 
1.21
8.61
7.98
4.72
3.23
6.25
0.51
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hàm lượng đường khử g/L
P
h
ư
ơ
n
g
 p
h
áp
 t
iề
n
 x
ử
 l
ý
Nguyên 
liệu
Đối chứng Acid Kiềm
Kiềm-
Acid
Acid-
Kiềm
Acid-
Kiềm-Vi 
sóng
VSV
Cellulose 25.88 25.51 23.95 18.44 18.21 17.02 16.97 20.51
Hemicellulose 3.67 3.18 2.06 1.94 1.66 1.15 1.05 3.2
Lignin 20.07 19.56 19.23 4.69 4.54 4.32 4.17 9.99
0
5
10
15
20
25
30
H
àm
 l
ư
ợ
n
g
 %
 (
g
/1
0
0
g
 v
ỏ
 k
h
ô
)
Phương pháp tiền xử lý
Cellulose Hemicellulose Lignin
99 
Theo kết quả phân tích hàm lượng xơ trong Hình 4.9, vỏ quả cà phê sau 
khi tiền xử lý bằng acid H2SO4 2% (w/w): hàm lượng hemicellulose giảm từ 
3,67% xuống còn 2,06% (tương đương 43,8% hemicellulose bị suy giảm), 
lignin gần như ít thay đổi (chỉ 4,18% bị phân hủy). Tiếp tục xử lý với NaOH 0,2 
g/g NL thu được kết quả khả quan hơn khi hàm lượng hemicellulose tiếp tục 
giảm còn 1,15% (tổng cộng hemicellulose giảm 68,6% sau hai bước tiền xử lý). 
Trong khi đó, lignin giảm khá mạnh khi 77,5% lignin bị phân hủy (tổng cộng 
lignin giảm 78,5% sau hai bước tiền xử lý). Theo thứ tự ngược lại thì, vỏ cà phê 
sau khi tiền xử lý bằng NaOH 0,2 g/g NL hàm lượng hemicellulose giảm từ 
3,67% xuống còn 1,94% (tương đương 47,1% hemicellulose bị suy giảm) và 
lignin bị phân hủy 76,6%. Tiếp tục xử lý với H2SO4, tổng cộng hemicellulose 
giảm 54,7% và lignin giảm 77,3% qua 2 bước tiền xử lý (Hình 4.9). 
Như vậy, khi thay đổi thứ tự của việc kết hợp tiền xử lý bằng acid rồi đến 
kiềm hay kiềm rồi đến acid mang lại kết quả khác nhau. Kết quả phân tích ở 
Hình 4.8 và Hình 4.9 cho thấy rằng, khi kết hợp tiền xử lý theo thứ tự acid –> 
kiềm mang lại hiệu quả cao hơn so với thứ tự ngược lại. Hàm lượng đường khử 
trong dịch tiền xử lý và mức độ suy giảm hàm lượng hemicellulose đối với thứ 
tự tiền xử lý acid đến kiềm đều cao hơn so với kiềm đến acid. Điều này được lý 
giải như sau: theo Li et al. (2003) thì quá trình thủy phân hemicellulose dưới tác 
dụng của acid loãng cũng giống như thủy phân cellulose. Bước đầu 
hemicellulose sẽ bị thủy phân thành những oligomer mạch dài rồi đến mạch 
ngắn, tiếp tục ở nhiệt độ cao thì các oligo này sẽ bị thủy phân thành các 
monomer tùy thuộc vào nhiệt độ, nồng độ acid và thời gian thủy phân (Li, 
Converse and Wyman, 2003). Trong khi đó, hemicellulose chỉ bị thủy phân 
thành các dạng oligomer dưới tác dụng của kiềm loãng và sự hình thành 
monomer là rất ít. Cho nên khi kiểm tra đường khử trong dịch tiền xử lý và sự 
suy giảm hàm lượng hemicellulose đối với mẫu xử lý acid rồi đến kiềm sẽ cao 
hơn so với thứ tự ngược lại. 
Kết quả ở Hình 4.10-C cho thấy rằng, khi tiền xử lý sinh khối 
lignocellulose bằng kiềm loãng sẽ làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, giảm độ 
trùng hợp, giảm độ kết tinh bằng cách tách các liên kết giữa lignin và cellulose 
hoặc giữa hemicellulose và cellulose hoặc do phá vỡ cấu trúc của lignin (Fang 
et al., 1987). Theo Tarkow and Feist (1969) thì cơ chế của quá trình thủy phân 
kiềm là do phản ứng xà phòng hóa các liên kết ester liên phân tử liên kết chéo 
giữa hemicellulose và các thành phần khác như là lignin, cellulose hoặc các 
hemicellulose khác từ đó làm cho cấu trúc trở nên rỗng xốp làm tăng diện tích 
bề mặt tiếp túc giữa enzyme với cellulose (Tarkow and Feist, 1969). Ngoài ra, 
Hình 4.10 cũng cho thấy sự khác biệt giữa mẫu thô và mẫu đã qua xử lý. Mẫu 
thô có cấu trúc cứng chắc, rất nhỏ gọn và không xốp, trong khi mẫu xử lý bởi 
kiềm loãng cho thấy độ xốp tăng và diện tích bề mặt lớn hơn, điều này là do 
việc loại bỏ lignin và hemicellulose. 
100 
(A-A) Nguyên liệu chưa qua tiền xử lý, (B-B) tiền xử l