Ảnh: sưu tầm.

Trong vài thập kỷ qua, để giảm thiểu tác động môi trường do nhiên liệu hoá thạch gây ra, nhiều quốc gia và các tổ chức quốc tế đã tập trung nghiên cứu sử dụng năng lượng tái tạo và nhiên liệu sinh học để thay thế. Trong đó, nhiên liệu sinh học nói chung và diesel sinh học nói riêng ngày càng được quan tâm vì nó là nguồn nhiên liệu thân thiện với môi trường. Hiện nay, diesel sinh học thương mại được tổng hợp từ các nguồn mỡ động vật hay dầu thực vật và chi phí cho nguồn nguyên liệu thô này chiếm 70-75% tổng chi phí sản xuất. Đây là một trong những trở ngại lớn cho việc phát triển và ứng dụng rộng rãi diesel sinh học (Ma & Hanna, 1999). Mặt khác, tiêu thụ một lượng lớn các loại dầu động thực vật để sản xuất dầu diesel sinh học có thể sẽ dẫn đến sự thiếu hụt các loại dầu ăn và giá thực phẩm tăng cao. Việc sử dụng dầu động thực vật giá rẻ, dầu thải hay dầu chiên đã qua sử dụng làm nguyên liệu là một chiến lược tốt để giảm chi phí. Tuy nhiên, những nguồn này có sản lượng hạn chế, không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cho việc sản xuất. Vì vậy, việc tìm ra nguồn dầu nguyên liệu rẻ cho quá trình sản xuất diesel sinh học rất đáng được quan tâm. 

Một vài loài vi sinh vật có khả năng tích luỹ chất béo trên 20% khối lượng tế bào khô, được gọi là vi sinh vật cho dầu.  Dầu đơn bào (single cell oil, SCO) là loại dầu thu được từ vi sinh vật, là lựa chọn thay thế tiềm năng để sản xuất dầu diesel sinh học do chúng có chứa acid béo chủ yếu là C16 và C18, thành phần tương tự với các loại dầu thực vật (Kumar et al., 2012). Trong các loài vi sinh vật cho dầu, nấm men Yarrowia lipolytica có khả năng tích luỹ chất béo trên 50% trọng lượng tế bào khô và được xem là một loại nấm men cho dầu tiềm năng (Beopoulos et al., 2009). Sau khi qua biến đổi gen, chủngY. lipolytica Po1g sinh trưởng tốt môi trường sucrose, glucose, xylose; có khả năng tổng hợp chất béo và protein có chất lượng tốt do không sinh ra các protease ngoại bào (Economou et al., 2011). Những đặc tính này làm cho Y. lipolytica Po1g được quan tâm nhiều hơn trong các quá trình sản xuất protein và chất béo.

Để giảm chi phí sản xuất chất béo từ vi sinh vật cho dầu, nhiều nghiên cứu đã tận dụng phụ phẩm nông nghiệp giàu lignocellulose làm chất nền để nuôi cấy như là rơm rạ (Huang et al., 2009), vỏ trấu (Economou et al., 2011), và bã mía (Tsigie et al., 2011). Trong đó, lignocellulose từ các nguồn phụ phẩm được tiến hành thuỷ phân trong môi trường acid loãng nhằm thu dịch đường thuỷ phân và đây là nguồn carbon sử dụng để nuôi các vi sinh vật cho dầu. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hiệu quả chuyển hoá thành đường từ nguồn phụ phẩm này là khá cao và sinh vật cho dầu phát triển rất tốt và tích luỹ lượng dầu cao trong môi trường này mà không cần phải bổ sung các nguồn dinh dưỡng khác (Tsigie et al., 2012).

Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, năm 2015, sản lượng lúa ở Việt Nam là 45,22 triệu tấn. Trong đó, với cám gạo được tạo ra trong quá trình chế biến chiếm 10% tương đương với 4,522 triệu tấn là nguồn phụ phẩm có giá trị cao. Ngày nay, ngoài việc sử dụng trong chăn nuôi cám gạo còn được dùng để trích ly thu được nguồn dầu có giá trị cao trong sản xuất dầu ăn thương mại. Cám gạo sau khi trích ly dầu, còn gọi là cám gạo tách béo (CGTB) chứa một lượng lớn polysaccharide có khả năng thuỷ phân thành đường bằng acid loãng. Dung dịch đường thuỷ phân thu được từ quá trình thuỷ phân là nguồn nguyên liệu tìm năng cho nuôi cấy vi sinh vật, đặc biệt là Yarrowia lipolytica Po1g. Vì thế, nghiên cứu này được tiến hành nhằm tìm ra điều kiện thuỷ phân cám gạo đã tách béo thích hợp và tận dụng nguồn dịch đường thu được để nuôi cấy nấm men Y. lipolytica Po1g nhằm sản xuất chất béo vi sinh vật.

Trong giai đoạn thuỷ phân, các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ đường tổng (NĐĐT) như nồng độ H₂SO₄ với khoảng khảo sát (2 - 5%), thời gian phản ứng (2 - 8 giờ), nhiệt độ (60 - 100C) và tỉ lệ CGTB và dung dịch acid (CGTB/DDA) (1/4 – 1/12 g/mL). Kết quả cho thấy rằng, điều kiện thuỷ phân thích hợp là H2SO4 4%, thời gian 6 giờ, nhiệt độ là 90C và tỉ lệ CGTB/DDA là 1/8 g/mL, với nồng độ đường thu được là 53,59 g/L. Sau khi thuỷ phân dung dịch đường được khử độc bằng Ca(OH)₂ trước khi sử dụng để lên men. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và tích luỹ chất béo của nấm men như thời gian, nồng độ đường, nguồn nitrogen, pH, nguồn carbon được tiến hành khảo sát. Kết quả cho thấy rằng, lượng sinh khối thu được cao nhất là 11,73 g/L, tương ứng với lượng dầu tích luỹ là 25,41% trong điều kiện không có bổ sung nguồn nitơ, NĐĐT 30 g/L và 4 ngày nuôi cấy. Kết quả phân tích cho thấy thành phần chủ yếu của chất béo thu được là chất béo tự do (FFA) 82,53% và các glyceride như monoacylglyceride (MAG, 11,45%), diacylglyceride (DAG, 1,41%) và triacylglyceride (TAG, 3,05%). Các acid béo có cấu trúc mạch carbon chủ yếu C16 đến C18. Đây là nguồn dầu thích hợp làm nguyên liệu để sản xuất diesel sinh học.