Luận văn Tìm hiểu các phương pháp xử lý phụ phế phẩm giàu xơ

Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 1 Lớp: 08CSH2 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề: Nước ta là một nước nông nghiệp và hàng năm thải ra một lượng lớn đến hàng triệu tấn các chất phế thải như trấu, bã mía, vỏ hạt điều, vỏ lạc, rơm, vỏ cafe,… Cụ thể, mỗi năm nguồn sinh khối trấu của nước ta khoảng 100 triệu tấn, mùn cưa 250 triệu tấn, vỏ lạc 4,5 triệu tấn, vỏ hạt điều, bã mía, gỗ vụn khoảng 400 triệu tấn. Trong đó, phụ phẩm trấu tập trung chủ yếu tại Đồng bằng Sông Cửu Long, Đồng bằng Bắc Bộ và duyên hải Nam trung bộ. Phụ phẩm mùn cưa tập trung nhiều ở Miền Trung, Tây Nguyên, Tây Bắc. Vỏ cà phê có nhiều ở các tỉnh Tây Nguyên. Mặt hạn chế của phụ phẩn nông nghiệp là một số loại có hàm lượng chất xơ rất cao, thí dụ rơm lúa chứa 34% chất xơ, còn lá mía chứa 43% tính trong chất khô, nên rất khó tiêu hóa. Mặt khác một số loại phụ phẩm lại khó chế biến và dự trữ khi thu hoạch đồng loạt như cây lạc, dây lang, ngọn lá sắn, lá mía... Một số nơi người nông dân sử dụng các phế thải nông nghiệp để làm chất đốt nhưng không hiệu quả, hoặc đốt bỏ gây ô nhiễm môi trường sống nghiêm trọng, thậm chí ở một số nơi chúng không được sử dụng rất lãng phí. Cùng với sự phát triển của nề nông nghiệp, qui mô sản xuất ngày càng lớn và tập trung, các chế phẩm nông nghiệp ngày càng nhiều, việc nghiên cứu sử dụng chúng phục vụ cho đời sống và công nghiệp càng trở nên cần thiết. Những hướng ứng dụng để xử lý nguồn phụ phẩm nông nghiệp có thể tìm hiểu được thông qua đề tài này là:  Sử dụng làm thức ăn cho gia súc.  Làm phân compost.  Làm bio-ethanol.  Nhiều ứng dụng khác:làm chất đốt, sản xuất biogas,… Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 2 Lớp: 08CSH2 Việc chọn đề tài: “Tìm hiểu các phương pháp xử lý phụ phế phẩm giàu xơ” cũng là mục đích nhằm tìm hiểu rõ hơn việc làm thế nào để xử lý một cách có hiệu quả nhất nguồn phụ phế phẩm giàu xơ trong nước. 1.2. Mục tiêu: Tìm hiểu thành phần cấu tạo các phụ phế phẩm giàu xơ ở Việt Nam và các phương pháp xử lý thích hợp để ứng dụng làm thức ăn đại gia súc, ủ compost làm phân bón và sản xuất bio-ethanol. 1.3. Nội dung nghiên cứu:  Tổng quan về phụ phế phẩm giàu xơ:  Thành phần cấu tạo phụ phế phẩm giàu xơ.  Các enzyme phân hủy phụ phế phẩm giàu xơ.  Tổng quan về các phương pháp xử lý phụ phế phẩm giàu xơ: hóa lý và sinh học.  Tổng quan về thức ăn gia súc nhai lại và các qui trình xử lý phụ phế phẩm giàu xơ làm thức ăn gia súc nhai lại.  Tổng quan về các phương pháp ủ compost phụ phế phẩm giàu xơ làm phân bón hữu cơ.  Tổng quan về phụ phế phẩm giàu xơ để sản xuất bio-ethanol. 1.4. Phương pháp thực hiện khóa luận: Tổng hợp tài liệu Tham khảo ý kiến chuyên gia. Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 3 Lớp: 08CSH2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHỤ PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP 2.1. Định nghĩa phụ phế phẩm nông nghiệp: Là những sản phẩm nông nghiệp không đạt tiêu chuẩn về kích thước, phẩm chất, giá trị sử dụng... đã quy định, phải loại bỏ nhằm đảm bảo yêu cầu sử dụng hoặc chế biến. Phụ phẩm nông nghiệp đều là những chất hữu cơ, có thể còn non, xanh; có thể đã xơ cứng vì silic hoá như trấu hay lignin hoá như gỗ. Chúng còn có thể được xem như là một dạng tích trữ năng lượng từ mặt trời nhờ quá trình quang tổng hợp và các quá trình sinh học khác trong sản xuất nông nghiệp. 2.2. Nguồn gốc, thành phần và tính chất phụ phế phẩm nông nghiệp: 2.2.1. Nguồn gốc: Trong quá trình sản xuất nông nghiệp hay chế biến nông sản, bên cạnh những sản phẩm chính, dù muốn hay không chúng ta cũng còn có những phần sản phẩm phụ khác. Chẳng hạn khi trồng lúa, ngoài hạt lúa thu hoạch được, ta còn có rơm, gốc rạ; khi xay lúa, ngoài gạo, ta còn có tấm, cám, trấu, bụi,…Khi chăn nuôi gia súc, ngoài sản phẩm chính là thịt, trứng hay sữa, sức kéo, ta còn có phân… Khối lượng phụ phẩm này rất lớn, riêng đối với các loại cây ngũ cốc, phần ăn được chỉ chiếm phân nửa hay một phần ba khối lượng. Những phụ phẩm này thực sự là nguồn tài nguyên phong phú và có giá trị; chúng còn có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau và có thể tạo thêm giá trị, thu nhập cho nông dân, nếu không, chúng có thể gây nên ô nhiễm môi trường. Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 4 Lớp: 08CSH2 2.1.1. Thành phần và tính chất: Ở nước ta nguồn phụ phẩm nông nghiệp được ước tính dựa trên khảo sát khối lượng thực tế của từng loại phụ phẩm tính trên một đơn vị diện tích, sau đó ước tính tổng khối lượng cho toàn quốc, dựa vào số liệu thống kê về diện tích gieo trồng hàng năm. Khối lượng này được quy đổi ra chất khô để tiện cho việc so sánh, đánh giá (bảng 2.1). Bảng 2.1: Ước tính khối lượng các nguồn phụ phẩm nông nghiệp chính ở Việt Nam Tên phụ phẩm Diện tích gieo trồng (triệu ha/ năm) Khối lượng phụ phẩm (Tr. tấn chất khô/ năm) Rơm lúa 7,5 25,0 Cây ngô (đã thu bắp) 0,65 2,0 Dây lạc 0,27 0,48 Dây lang 0,26 0,24 Ngọn, lá sắn 0,23 0,29 Lá mía 0,28 0,42 Tổng cộng - 28,4 (Nguồn: Số liệu thống kê 2001 – NXB Thống kê, 2002; Bùi Văn Chính, lê Viết Ly, 1996,2001) Mặt hạn chế của phụ phẩn nông nghiệp là một số loại có hàm lượng chất xơ rất cao, thí dụ rơm lúa chứa 34% chất xơ, còn lá mía chứa 43% tính trong chất khô, nên rất khó tiêu hóa. Mặt khác một số loại phụ phẩm lại khó chế biến và dự trữ khi thu hoạch đồng loạt như cây lạc, dây lang, ngọn lá sắn, lá mía... Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 5 Lớp: 08CSH2 Đó cũng là một lý do làm cho người nông dân chỉ sử dụng được một phần các loại phụ phẩm này ở dạng tươi làm thức ăn cho gia súc. Bảng 2.2: Giá trị dinh dưỡng của một số phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam % tính trong chất khô Tên phụ phẩm Chất khô (%) Chất xơ Protein Tổng các chất dinh dưỡng tiêu hóa - TDN Năng lượng trao đổi - ME, (Kcal/ kg chất khô) Rơm lúa 90,8 34,3 5,1 45,9 1662 Cây ngô già 61,6 31,5 7,6 54,1 1958 Lá mía 28,8 42,9 8,2 49,3 1778 Dây lang 20,0 24,5 11,0 59,5 2160 Dây lạc 22,5 27,7 14,1 63,5 2289 Ngọn, lá sắn 25,5 22,7 16,9 67,5 2549 Các số liệu ở (bảng 2.2) cho thấy hàm lượng xơ của rơm lúa, cây ngô già và lá mía khá cao; nên rất cần được chế biến bằng các tác nhân hóa học hay sinh học để nâng cao tỷ lệ tiêu hóa chất xơ và các chất hữu cơ khác. Nhìn chung các loại phụ phẩm đều chứa một nguồn các chất dinh dưỡng tiềm tàng khá cao, nhưng tổng các chất dinh dưỡng tiêu hóa được (TDN) còn khá thấp. Do đó còn nhiều khả năng nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn các chất dinh dưỡng tiềm tàng này trong các phụ phẩm nông nghiệp nếu chúng ta tác động bằng khâu chế biến và phối hợp khẩu phần một cách hợp lý để nâng cao tỷ lệ tiêu hóa chất hữu cơ của chúng. Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 6 Lớp: 08CSH2 Về nguyên tắt chất xơ trong rơm rạ và các loại thức ăn thô tương tự chủ yếu là cellulose, hemicelluloses, và lignin, gọi chung là lignocellulose. Giữa chúng có các liên kết hoá học tạo nên từ sự bền vững của màng tế bào thực vật. 2.3. Thành phần cấu tạo phụ phế phẩm giàu xơ 2. 3.1. Cấu trúc của lignocelluloses: 2.3.1.1. Cấu trúc thành tế bào thực vật : Trong tự nhiên, các lớp của thành tế bào thực vật được minh họa bằng mô hình của gỗ (Hình 3.1). Ở giữa các tế bào, có một hợp chất đóng vai trò như keo dán gắn kết các tế bào lại với nhau, đó là lớp gian bào (middle lamella). Lớp này cấu tạo từ các chất keo, có bản chất pectin và không có tác động về quang học. Bên trong là thành tế bào sơ cấp (primary wall). Hình 2.1: Cấu trúc thành tế bào thực vật Thành tế bào sơ cấp có thể được chia thành mặt bên trong và mặt bên ngoài. Sự sắp xếp của các vi sợi trong thành tế bào sơ cấp phân tán tăng dần từ mặt trong ra mặt ngoài. Tiếp đến là thành tế bào thứ cấp gồm 3 lớp: lớp ngoài (S1), lớp giữa (S2) và lớp trong (S3). Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 7 Lớp: 08CSH2 Sự phân chia thành tế bào thứ cấp thành ba lớp S chủ yếu là do sự định hướng khác nhau của các vi sợi trong ba lớp đó. Điển hình các vi sợi định hướng xoắn trong vách tế bào. Lớp ngoài của thành tế bào thứ cấp, các vi sợi được định hướng trong cấu trúc xoắn chéo có độ nghiêng tạo thành một góc lớn với trục dọc của tế bào. Lớp giữa là lớp dày nhất và ở lớp giữa có góc nhỏ và độ nghiêng của sợi xoắn ốc trong khi vi sợi trong lớp 3 được sắp xếp như ở lớp ngoài, với một góc rộng với trục dọc của tế bào. Ngoài ra trong một số trường hợp, trên mặt trong của thành tế bào có lớp sần sùi (W). Chức năng của thành tế bào là chống đỡ cho các cơ quan của cây đặc biệt là các vách dày và cứng. Thành tế bào còn giữ các chức năng quan trọng chính như hấp thụ, thoát hơi nước hay vận chuyển và bài tiết. Lignocellulose là thành phần cấu trúc chính của thực vật thân gỗ và các thực vật khác như cỏ, lúa, ngô…Trong tự nhiên, chúng ta có thể tìm thấy lignocellulose ở thực vật hay các chất thải nông nghiệp, lâm nghiệp và các chất thải rắn trong thành phố. Thành phần chủ yếu của lignocellulose là cellulose, hemicellulose và lignin (Hình 3.2). Cellulose và hemicellulose là các đại phân tử cấu tạo từ các gốc đường khác nhau, trong khi lignin là một polymer dạng vòng được tổng hợp từ tiền phenylpropanoid. Thành phần cấu tạo và phần trăm của các polymer này là khác nhau giữa các loài. Hơn nữa, thành phần cấu tạo trong cùng một cây hay các cây khác nhau là khác nhau dựa vào độ tuổi, giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây và các điều kiện khác. Thành phần của lignocellulose được trình bày ở (Bảng 3.1). Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 8 Lớp: 08CSH2 Hình 2.2: Thành phần chủ yếu của lignocelluloses Hình 2.3: Tỉ lệ % các thành phần có trong lignocelluloses Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 9 Lớp: 08CSH2 Bảng 2.3: Thành phần lignocellulose trong rác thải và phế phẩm phổ biến Nguồn lignocellulose Cellulose (%) Hemicellulose (%) Lignin (%) Thân gỗ cứng 40-55 24-40 18-25 Thân gỗ mềm 45-50 25-35 25-35 Vỏ lạc 25-30 25-30 30-40 Lõi ngô 45 35 15 Giấy 85-99 0 0-15 Vỏ trấu 32.1 24 18 Vỏ trấu của lúa mì 30 50 15 Rác đã phân loại 60 20 20 Lá cây 15-20 80-85 0 Hạt bong 80-95 5-20 0 Giấy báo 40-55 25-40 18-30 Giấy thải từ bột giấy hóa học 60-70 10-20 5-10 Chất rắn nước thải ban đầu 8-15 - 24-29 Chất thải của lợn 6 28 - Phân bón gia súc 1.6-4.7 1.4-3.3 2.7-5.7 Cỏ ở bờ biển Bermuda 25 35.7 6.4 Cỏ mềm 45 31.4 12.0 Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 10 Lớp: 08CSH2 Các loại cỏ (trị số trung bình cho các loại) 25-40 25-50 10-30 Bã thô 33.4 30 18.9 Lượng lớn lignocellulose được thải ra từ các ngành lâm nghiệp, nông nghiệp, công nghiệp giấy và gây ra ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, lượng lớn các sinh khối thực vật dư thừa được coi là rác thải có thể được biến đổi thành nhiều sản phẩm có giá trị khác nhau như nhiên liệu sinh học, hóa chất, các nguồn năng lượng rẻ cho quá trình lên men, bổ sung chất dinh dưỡng cho con người và thức ăn cho động vật. 2.3.1.2. Cellulose : Cellulose là hợp chất hữu cơ có công thức cấu tạo (C6H10O5)n, và là thành phần chủ yếu của thành tế bào thực vật, gồm nhiều cellobiose liên kết với nhau, 4-O- (β-D- Glucopyranosyl)-D-glucopyranose (Hình 3.4). Cellulose cũng là hợp chất hữu cơ nhiều nhất trong sinh quyển, hàng năm thực vật tổng hợp được khoảng 1011 tấn cellulose (trong gỗ, cellulose chiếm khoảng 50% và trong bông chiếm khoảng 90%). Hình 2.4: Công thức hóa học của cellulose Các mạch cellulose được liên kết với nhau nhờ liên kết hydro và liên kết van Der Waals, hình thành hai vùng cấu trúc chính là tinh thể và vô định hình. Trong vùng tinh thể, các phân tử cellulose liên kết chặt chẽ với nhau, vùng này khó bị tấn công bởi enzyme cũng như hóa chất. Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 11 Lớp: 08CSH2 Ngược lại, trong vùng vô định hình, cellulose liên kết không chặt với nhau nên dễ bị tấn công. Có hai mô hình cấu trúc của cellulose đã được đưa ra nhằm mô tả vùng tinh thể và vô định hình như (Hình 3.5). Hình 2.5: Mô hình Fringed fibrillar và mô hình chuỗi gập Trong mô hình Fringed Fibrillar: phân tử cellulose được kéo thẳng và định hướng theo chiều sợi. Vùng tinh thể có chiều dài 500 Å và xếp xen kẽ với vùng vô định hình. Trong mô hình chuỗi gập: phân tử cellulose gấp khúc theo chiều sợi. Mỗi đơn vị lặp lại có độ trùng hợp khoảng 1000, giới hạn bởi hai điểm a và b như trên hình vẽ. Các đơn vị đó được sắp xếp thành chuỗi nhờ vào các mạch glucose nhỏ, các vị trí này rất dễ bị thủy phân. Đối với các đơn vị lặp lại, hai đầu là vùng vô định hình, càng vào giữa, tính chất kết tinh càng cao. Trong vùng vô định hình, các liên kết β - glycoside giữa các monomer bị thay đổi góc liên kết, ngay tại cuối các đoạn gấp, 3 phân tử monomer sắp xếp tạo sự thay đổi 180o cho toàn mạch. Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 12 Lớp: 08CSH2 Vùng vô định hình dễ bị tấn công bởi các tác nhân thủy phân hơn vùng tinh thể vì sự thay đổi góc liên kết của các liên kết cộng hóa trị (β - glycoside) sẽ làm giảm độ bền của liên kết, đồng thời vị trí này không tạo được liên kết hydro. Cellulose có cấu tạo tương tự carbohydrate phức tạp như tinh bột và glycogen. Các polysaccharide này đều được cấu tạo từ các đơn phân là glucose. Cellulose là glucan không phân nhánh, trong đó các gốc glucose kết hợp với nhau qua liên kết β- 1 4- glycoside, đó chính là sự khác biệt giữa cellulose và các phân tử carbohydrate phức tạp khác. Giống như tinh bột, cellulose được cấu tạo thành chuỗi dài gồm ít nhất 500 phân tử glucose. Các chuỗi cellulose này xếp đối song song tạo thành các vi sợi cellulose có đường kính khoảng 3,5 nm. Mỗi chuỗi có nhiều nhóm OH tự do, vì vậy giữa các sợi ở cạnh nhau kết hợp với nhau nhờ các liên kết hidro được tạo thành giữa các nhóm OH của chúng. Các vi sợi lại liên kết với nhau tạo thành vi sợi lớn hay còn gọi là bó mixen có đường kính 20 nm, giữa các sợi trong mixen có những khoảng trống lớn. Khi tế bào còn non, những khoảng này chứa đầy nước, ở tế bào già thì chứa đầy lignin và hemicellulose. Cellulose có cấu trúc rất bền và khó bị thủy phân. Người và động vật không có enzyme phân giải cellulose (cellulase) nên không tiêu hóa được cellulose, vì vậy cellulose không có giá trị dinh dưỡng. Tuy nhiên, một số nghiên cứu cho thấy cellulose có thể có vai trò điều hòa hoạt động của hệ thống tiêu hóa. Vi khuẩn trong dạ cỏ của gia súc, các động vật nhai lại và động vật nguyên sinh trong ruột của mối sản xuất enzyme phân giải cellulose. Nấm đất cũng có thể phân hủy cellulose. Vì vậy chúng có thể sử dụng cellulose làm thức ăn. Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 13 Lớp: 08CSH2 2.3.1.3. Lignin : Lignin là một phức hợp chất hóa học phổ biến được tìm thấy trong hệ mạch thực vật, chủ yếu là giữa các tế bào, trong thành tế bào thực vật. Lignin là một trong các polymer hữu cơ phổ biến nhất trên trái đất. Lignin có cấu trúc không gian 3 chiều, phức tạp, vô định hình, chiếm 17% đến 33% thành phần của gỗ. Lignin không phải là carbohydrate nhưng có liên kết chặt chẽ với nhóm này để tạo nên màng tế bào giúp thực vật cứng chắc và giòn, có chức năng vận chuyển nước trong cơ thể thực vật (một phần là để làm bền thành tế bào và giữ cho cây không bị đổ, một phần là điều chỉnh dòng chảy của nước), giúp cây phát triển và chống lại sự tấn công của côn trùng và mầm bệnh. Thực vật càng già, lượng lignin tích tụ càng lớn. Hơn nữa, lignin đóng vai trò quan trọng trong chu trình carbon, tích lũy carbon khí quyển trong mô của thực vật thân gỗ lâu năm, là một trong các thành phần bị phân hủy lâu nhất của thực vật sau khi chết, để rồi đóng góp một phần lớn chất mùn giúp tăng khả năng quang hợp của thực vật. Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở. Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng vai trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và hemicellulose. Rất khó để có thể tách lignin ra hoàn toàn. Lignin là polymer, được cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị cấu trúc điển hình là: guaiacyl (G), trans-coniferyl alcohol; syringyl (S), trans-sinapyl alcohol; p-hydroxylphenyl (H), trans-p-courmary alcohol (Hình 3.6). Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 14 Lớp: 08CSH2 Hình 2.6: Các đơn vị cơ bản của lignin Cấu trúc của lignin đa dạng, tùy thuộc vào loại gỗ, tuổi của cây hoặc cấu trúc của nó trong gỗ. Ngoài việc được phân loại theo lignin của gỗ cứng, gỗ mềm và cỏ, lignin có thể được phân thành hai loại chính: guaicyl lignin và guaicyl-syringyl lignin. Gỗ mềm chứa chủ yếu là guaiacyl, gỗ cứng chứa chủ yếu syringyl. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng guaiacyl lignin hạn chế sự trương nở của xơ sợi và vì vậy loại nguyên liệu đó sẽ khó bị tấn công bởi enzyme hơn syringyl lignin. Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng lignin hoàn toàn không đồng nhất trong cấu trúc. Lignin dường như bao gồm vùng vô định hình và các vùng có cấu trúc hình thuôn hoặc hình cầu. Lignin trong tế bào thực vật bậc cao không có vùng vô định hình. Các vòng phenyl trong lignin của gỗ mềm được sắp xếp trật tự trên mặt phẳng thành tế bào. Ngoài ra, cả cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của lignin đều bị ảnh hưởng bởi mạng polysaccharide. Việc mô hình hóa động học phân tử cho thấy rằng nhóm hydroxyl và nhóm methoxyl trong các oligomer tiền lignin sẽ tương tác với vi sợi cellulose cho dù bản chất của lignin là kỵ nước. Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 15 Lớp: 08CSH2 Hình 2.7: Cấu trúc lignin trong gỗ mềm với các nhóm chức chính Các nhóm chức ảnh hưởng đến hoạt tính của lignin bao gồm nhóm phenolic hydroxyl tự do, methoxyl, benzylic hydroxyl, ether của benzylic với các rượu mạch thẳng và nhóm carbonyl (Hình 3.7). Guaicyl lignin chứa nhiều nhóm phenolic hydroxyl hơn syringyl. Lignin tạo liên kết hóa học với hemicellulose và ngay cả với cellulose (nhưng không nhiều). Độ bền hóa học của những liên kết này phụ thuộc vào bản chất liên kết, cấu trúc hóa học của lignin và các gốc đường tham gia liên kết. Carbon alpha (Cα) Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 16 Lớp: 08CSH2 trong cấu trúc phenyl propane là nơi có khả năng tạo liên kết cao nhất với khối hemicellulose. Ngược lại, các đường nằm ở mạch nhánh như arabinose, galactose, và acid 4-O-methylglucuronic là các nhóm thường liên kết với lignin. Các liên kết có thể là ether, ester (liên kết với xylan qua acid 4-O-methyl-D-glucuronic), hay glycoside (phản ứng giữa nhóm khử của hemicellulose và nhóm OH phenolic của lignin) Cấu trúc hóa học của lignin rất dễ bị thay đổi trong điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp như điều kiện trong quá trình tiền xử lý bằng hơi nước. Ở nhiệt độ phản ứng cao hơn 200oC, lignin bị kết khối thành những phần riêng biệt và tách ra khỏi cellulose. Những nghiên cứu trước đây cho thấy đối với gỗ cứng, nhóm ether β-O-4 aryl bị phá hủy trong quá trình nổ hơi. Đồng thời, đối với gỗ mềm, quá trình nổ hơi làm bất hoạt các nhóm hoạt động của lignin ở vị trí α như nhóm hydroxyl hay ether, các nhóm này bị oxy hóa thành carbonyl hoặc tạo cation benzylic, cation này sẽ tiếp tục tạo liên kết C-C. Trong dinh dưỡng động vật, lignin rất đáng quan tâm vì nó không bị tiêu hóa bởi enzyme của cơ thể vật chủ. Lignin còn liên kết với nhiều polysaccharide và protein màng tế bào ngăn trở quá trình tiêu hóa các hợp chất gỗ. Gỗ, cỏ khô và rơm rất giàu lignin nên tỷ lệ tiêu hóa thấp trừ khi được xử lý hóa học làm cho các liên kết giữa lignin với các carbohydrate khác bị bẻ gãy. Khoá luận tốt nghiệp 2011 SVTH: Trần Ngọc Phú Quí 17 Lớp: 08CSH2 2.3.1.4. Hemicellulose : Hemicellulose là một loại polymer phức tạp và phân nhánh, độ trùng hợp khoảng 70 đến 200 đơn phân. Hemicellulose chứa cả đường 6 carbon gồm glucose, mannose và galactose và đường 5 gồm xylose và arabinose. Thành phần cơ bản