Tuyển chọn một số chủng vi sinh vật ứng dụng trong xử lý phế thải sau chế biến tinh bột sắn dạng rắn làm phân bón hữu cơ sinh học

hướng dẫn đọc toàn văn báo cáo KQNC

!
!

Bạn muốn đọc nhanh
những thông tin cần thiết ?
Hy đọc qua Mục lục bên tay trái bạn trước khi
đọc báo cáo ( với Acrobat 4.0 trở lên, cho trỏ chuột vào
mỗi đề mục để đọc toàn bộ dòng bị che khuất )

! Chọn đề mục muốn đọc và nháy chuột vào đó
!
!

Bạn muốn phóng to hay thu nhỏ
trang báo cáo trên màn hình ?
Chọn, nháy chuột vào 1 trong 3 kích th
thưước
có sẵn trên thanh Menu

, hoặc

! Mở View trên thanh Menu, Chọn Zoom to
! Chän tû lƯ cã s½n trong hép kÝch th
thưước
muốn,, Nhấn OK
hoặc tự điền tỷ lệ theo ý muốn

Chúc bạn hài lòng
với những thông tin đđưược cung cấp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT
----------

LUẬN VĂN THẠC SỸ
Đề tài: “Tuyển chọn một số chủng vi sinh vật ứng dụng
trong xử lý phế thải sau chế biến tinh bột sắn dạng rắn làm
phân bón hữu cơ sinh học”

Ngƣời hƣớng dẫn : TS. Lƣơng Hữu Thành
Học viên : Nguyễn Ngọc Quỳnh
Lớp

: K16 Cao học Sinh thái

Hà Nội - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của tơi với sự giúp đỡ của
tập thể cán bộ nghiên cứu thuộc Bộ môn Sinh học Môi trƣờng, Viện Môi trƣờng Nông
nghiệp. Các kết quả nêu trong Luận văn chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác. Các số liệu, ví dụ và trích dẫn trong Luận văn đảm bảo tính chính xác, tin
cậy và trung thực. Tơi đã hồn thành tất cả các mơn học và đã thanh tốn tất cả các
nghĩa vụ tài chính theo quy định của Phịng Đào tạo sau Đại học, Viện Sinh thái và Tài

nguyên Sinh vật.
Vậy tôi viết Lời cam đoan này đề nghị Phòng Đào tạo sau Đại học, Viện Sinh
thái và Tài nguyên Sinh vật xem xét để tơi có thể bảo vệ Luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
NGƢỜI CAM ĐOAN

Nguyễn Ngọc Quỳnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... 2
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................. 1
1.1. Tiềm năng ngành chế biến tinh bột sắn ở Việt Nam ................................................ 3
1.2. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam [3] ..................................................... 5
1.3. Phế thải dạng rắn sau chế biến tinh bột sắn [3] ........................................................ 9
1.4. Vai trị của vi sinh vật trong chuyển hóa hợp chất hữu cơ ..................................... 12
1.5. Khả năng sử dụng vi sinh vật để xử lý phế thải rắn sau chế biến tinh bột sắn làm
phân bón hữu cơ sinh học .............................................................................................. 14
II. ĐỐI TƢỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................... 16
2.1. Thiết bị, hóa chất, dụng cụ thí nghiệm ................................................................... 16
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................. 16
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................................ 16
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật ................................................................... 16
2.3.2. Các phương pháp lý, hóa học [5]: ...................................................................... 18
2.3.3. Phương pháp ủ composting [21, 22, 23] ............................................................. 19
chế biến tinh bột sắn. ..................................................................................................... 19
2.3.5. Phương pháp đánh giá độ

ế biến tinh bột sắn. ......................................... 21

củ

2.3.6. Các phương pháp khác: ...................................................................................... 22
3.1. Kết quả phân tích tính chất lý hóa học của chất thải rắn sau chế biến tinh bột sắn.23
3.2. Tuyển chọn các chủng vi sinh phân giải cellulose, tinh bột ................................... 24
3.3. Tuyển chọn chủng vi sinh vật cố định nitơ tự do ................................................... 27
3.4. Tuyển chọn chủng vi sinh vật có khả năng phân giải hợp chất photphat khó tan .. 29
3.5. Kết quả nghiên cứu đặc điểm hình thái, sinh lý các chủng vi sinh vật .................. 33
3.6. Khả năng tổ hợp các vi sinh vật: ............................................................................ 34
3.7. Phân loại các chủng vi sinh vật .............................................................................. 35
3.8. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến sinh trƣởng của vi sinh vật sử dụng trong sản xuất
chế phẩm xử lý bã thải sau CBTBS làm phân bón hữu cơ sinh học. ............................ 36
.41
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

3.10. Khả năng sử dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý phế
...................................................................................................................... 43
3.11. Khả năng sử dụng phân HCSH từ phế thải sau chế biến tinh bột sắn trên cây cải49
IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 50
4.1. Kết luận................................................................................................................... 50
4.2. Kiến nghị ................................................................................................................ 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 52

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

DANH MỤC VIẾT TẮT

ARN

Axit ribonucleotit

CBTBS

Chế biến tinh bột sắn

CFU

Colony forming unit

CMC

Cacboxyl metyl cellulose

ĐC

Đối chứng

FAO

Food and Agriculture Organization

HCSH

Hữu cơ sinh học

HCVSV

Hữu cơ vi sinh vật

IAA

Indol Acetic Acid

KHCN

Khoa học công nghệ

NNPTNT

Nông nghiệp và phát triển nông thôn

TBS

Tinh bột sắn

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

VSV

Vi sinh vật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. Tính chất lý hóa học của chất thải rắn nhà máy Elmaco ................................. 23
Bảng 2: Mật độ tế bào vi sinh vật trong chất thải rắn ................................................... 23
................................................... 25
Bảng 4. Khả năng chuyển hóa tinh bột và cellulose của chủng SHX.02 và SHX.06 ... 26
Bảng 5. Khả năng phát triển của xạ khuẩn ở các nhiệt độ khác nhau ........................... 26
Bảng 6. Khả năng cố định nitơ của các chủng Azotobacter .......................................... 28
Bảng 7. Khả năng sinh tổng hợp IAA, polysaccarit của các chủng Azotobacter ......... 29
Bảng 8. Định tính và định lƣợng khả năng phân giải photphat khó tan của VSV ....... 30
Bảng 9. Ảnh hƣởng của các nguồn phot phát khác nhau tới khả năng tồn tại của các
chủng vi sinh vật ............................................................................................................ 31
Bảng 10. Hoạt tính phân giải lân của các chủng vi khuẩn trong điều kiện ly tâm dịch
nuôi cấy.......................................................................................................................... 32
Bảng 11. Khả năng tồn tại và hoạt tính sinh học của các chủng vi sinh vật ................. 34
Bảng 12. Hoạt tính sinh học của các chủng vi sinh vật ................................................. 35
Bảng 13. Kết quả xác định tên và mức độ an toàn của chủng các vi sinh vật .............. 35
Bảng 14. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới sinh trƣởng và phát triển của VSV ................... 36
Bảng 15. Ảnh hƣởng của pH tới sinh trƣởng và phát triển của VSV ............................ 36
Bảng 16. Ảnh hƣởng của khơng khí đến sinh trƣởng và phát triển của VSV ............... 37
Bảng 17. Khả năng sinh trƣởng của vi sinh vật trên môi trƣờng sản xuất .................... 38
Bảng 18. Ảnh hƣởng của tỷ lệ giống đến qua trình lên men sinh khối VSV ................ 39
............... 40
................................. 40
............ 41
. .............................. 42
.................................. 43
Bảng 24. Thành phần của phế thải CBTBS ................................................................... 45

Bảng 25. Biến động quần thể VSV trong quá trình xử lý phế thải ............................... 46
Bảng 26. Kết quả kiểm tra nhiệt độ trong túi sản phẩm ................................................ 47
........................................................ 47
Bảng 28. Chất lƣợng của phân bón HCSH chế biến từ phế thải sau CBTBS ............... 48
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

Bảng 29. Hiệu quả của phân HCSH trên cây cải ........................................................... 49

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. Diễn biến diện tích và sản lƣợng sắn Việt Nam (2005-2013) ............................ 4
Hình 2. Quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột sắn ......................................................... 6
Hình 3. Phế thải sau chế biến tinh bột sắn ..................................................................... 24
Hình 4. Khuẩn lạc, dịch ni cấy và vịng phân giải tinh bột, cellulose của chủng
SHX.02 .......................................................................................................................... 27
Hình 5. Khuẩn lạc và dịch sinh khối chủng SHV.73 .................................................... 29
Hình 6. Khuẩn lạc và hoạt tính phân giải photphat khó tan của chủng SHB.18 ........... 33
Hình 7. Biến thiên nhiệt độ trong quá trình xử lý phế thải ............................................ 44
Hình 8. Phế thải chế biến tinh bột sắn sau 19 ngày ủ .................................................... 47
Hình 9.

...... 48

Hình 10. Thí nghiệm hiệu quả phân HCSH từ phế thải TBS trên cây cải ngọt ............ 50

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam là nƣớc xuất khẩu tinh bột sắn lớn thứ 3 trên thế giới, sau Indonesia
và Thái Lan. Năm 2013, diện tích đất trồng sắn đạt 544.300 ha với sản lƣợng củ sắn
tƣơi đạt hơn 9,7 triệu tấn [5]. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nơng
thơn, hiện nay cả nƣớc có khoảng 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn với quy mô lớn
(50 - 200 tấn tinh bột sắn/ngày) và trên 4.000 cơ sở chế biến thủ công. Lợi nhuận thu
đƣợc rất cao nhƣng hầu hết các nhà máy này đều gặp những vấn đề môi trƣờng phát
sinh từ bã thải và nƣớc thải sau chế biến. Rất nhiều nhà máy chế biến tinh bột sắn đã
phải ngừng hoạt động vì khơng có biện pháp xử lý chất thải hiệu quả đáp ứng theo
TCVN về mơi trƣờng.
Theo tính tốn, với một nhà máy công suất 60 tấn tinh bột sắn/ngày sẽ thải ra
khoảng 50-80 tấn chất thải rắn bao gồm chủ yếu xơ và bã sắn (chiếm 60-70%). Khi bã
thải không đƣợc thu gom và xử lý trong ngày thì quá trình phân hủy các chất hữu cơ
sau 48 giờ sẽ tạo ra các khí H2S, NH3, CH4… gây mùi khó chịu và ô nhiễm môi
trƣờng. Trên thực tế, bã thải sau chế biến tinh bột sắn có thể đƣợc sử dụng làm thức ăn
chăn ni cho gia súc hay phân bón hữu cơ.
Chất thải rắn sau chế biến tinh bột sắn có hàm lƣợng hữu cơ cao là nguồn
nguyên liệu sản xuất phân bón hữu cơ sinh học. Tuy nhiên nếu chất thải rắn này bón
trực tiếp cho cây trồng thì khơng có hiệu quả cao, thậm chí có thể gây chết cây.
Nghiên cứu sử dụng vi sinh vật để xử lý nguồn chất thải này thành phân bón hữu cơ
đang đƣợc các nhà khoa học quan tâm. Hiện nay đã có nhiều cơng trình nghiên cứu
thành cơng việc sử dụng vi sinh vật xử lý bã thải nhà máy chế biến đƣờng, dứa, cà
phê… Việc nghiên cứu nghiên cứu sử dụng vi sinh vật xử lý phế thải sau CBTBS làm
phân bón hữu cơ sinh học tại Việt Nam vẫn còn hạn chế, do vậy đề tài “Tuyển chọn
một số chủng vi sinh vật ứng dụng trong xử lý phế thải sau chế biến tinh bột sắn
dạng rắn làm phân bón hữu cơ sinh học” đƣợc thực hiện với mục tiêu tạo ra sản

phẩm thân thiện với mơi trƣờng; góp phần giải quyết vấn đề mơi trƣờng và hồn thiện
quy trình sản xuất sạch hơn ngành sản xuất tinh bột sắn cũng nhƣ góp phần nâng cao
chất lƣợng đất.
Cơ sở khoa học:
Chất thải hữu cơ sau CBTBS dạng rắn không đƣợc sử dụng để chế biến làm
thức ăn chăn nuôi bao gồm phần lớn là những hợp chất hữu cơ giàu cacbon. Sản phẩm

1


sau q trình phân hủy của chúng ngồi tác dụng cung cấp dinh dƣỡng cần thiết cho
cây trồng cịn có khả năng làm cho đất tơi xốp, cải thiện các đặc tính của đất, nhất là
khả năng giữ nƣớc. Trên thực tế, phế thải sau CBTBS dạng rắn không thể bón trực tiếp
cho cây trồng mà chúng cần phải qua một q trình chuyển hố các hợp chất hữu cơ
trƣớc khi đƣa vào sử dụng. Trong quá trình sinh trƣởng và phát triển, vi sinh vật sinh
tổng hợp ra các enzyme có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức
tạp (đại phân tử) thành đơn giản nhƣ đƣờng, axit amin, axit humic, chất khoáng... mà
cây trồng có thể hấp thụ đƣợc.
Để xử lý phế thải hữu cơ làm phân bón, đề tài sẽ lựa chọn giải pháp ủ compost
với sự trợ giúp của chế phẩm vi sinh vật, đây là phƣơng pháp phổ biến và có hiệu quả
trong xử lý chất hữu cơ đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới và Việt Nam áp dụng.
Cơ sở thực tiễn:
Tại Việt Nam, đã có nhiều cơng trình nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật làm tác
nhân sinh học trong xử lý phế thải hữu cơ phát thải trong q trình sản xuất nơng
nghiệp và chế biến nơng sản làm phân bón hữu cơ sinh học, trong đó có nhiều đề tài
khoa học công nghệ trọng điểm cấp Nhà nƣớc (KHCN.07.17, KHCN.02.04- “Nghiên
cứu và áp dụng công nghệ sinh học trong sản xuất phân bón vi sinh - hữu cơ từ nguồn
phế thải hữu cơ rắn”, KHCN.02.04B - “Công nghệ xử lý một số phế thải nông sản
chủ yếu (lá mía, vỏ thải cà phê, rác thải nơng nghiệp) thành phân bón hữu cơ sinh
học”, KC.08.07, KC.04.06, KC 04.04 - ”Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất phân bón vi

sinh vật chức năng phục vụ chăm sóc cây trồng cho một số vùng sinh thái”) đã đƣợc
nghiên cứu và ứng dụng thành công tại nhiều cơ sở sản xuất chế biến mía đƣờng, cà
phê... tuy nhiên vẫn chƣa có cơng trình nào nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý
phế thải sau chế biến tinh bột sắn làm phân bón hữu cơ sinh học.

2


I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tiềm năng ngành chế biến tinh bột sắn ở Việt Nam
Sắn (Manihot esculenta Crantz) là cây lƣơng thực, thực phẩm, thức ăn gia súc,
chế biến tinh bột và hiện là cây nguyên liệu chính để chế biến nhiên liệu sinh học có
lợi thế cạnh tranh cao của nhiều nƣớc trên thế giới, trong đó có Việt Nam.
Năm 2011, tồn thế giới có 100 nƣớc trồng sắn với tổng diện tích đạt 19,64
triệu ha, năng suất củ tƣơi bình quân 12,83 tấn/ ha, sản lƣợng 252,20 triệu tấn (FAO,
2013) [24]. Ở Việt Nam, sắn là cây lƣơng thực quan trọng có sản lƣợng đứng thứ ba
sau lúa và ngơ. Năm 2011, diện tích sắn cả nƣớc đạt 560 ngàn ha, năng suất bình quân
17,63 tấn/ha, sản lƣợng 9,87 triệu tấn (Tổng cục Thống kê, 2013) [7]. Hội nghị Sắn
Toàn cầu tổ chức tại Bỉ năm 2008 đã đƣa ra thông điệp: “Cây sắn là quà tặng của thế
giới, cơ hội cho nông dân nghèo và thách thức đối với các nhà khoa học”. (Claude
M.Fauquest 2008) [19]. Hƣớng sử dụng nguyên liệu sắn để chế biến tinh bột, cồn sinh
học, tinh bột biến tính, thức ăn gia súc và màng phủ sinh học đang ngày càng đƣợc
quan tâm. Theo thơng cáo báo chí của FAO tháng 5 năm 2013 “Sắn tiềm năng to lớn là
cây trồng thế kỷ 21”, Việt Nam đƣợc ca ngợi là điển hình trong thực tiễn đã đƣa năng
suất sắn lên 400% từ 8,5 tấn/ ha năm 2000 lên 36,0 tấn/ha năm 2011 tại nhiều hộ nông
dân (FAO, 2013) [25].
Sắn lát và tinh bột sắn Việt Nam hiện là một trong mƣời mặt hàng xuất khẩu
chính. Việt Nam hiện có 13 nhà máy nhiên liệu sinh học cơng suất 1.067,7 triệu lít cồn
sinh học mỗi năm; 66 nhà máy chế biến tinh bột sắn qui mô công nghiệp; hơn 2000 cơ
sở chế biến thủ công (Hoang Kim, Le Huy Ham et al. 2013) [27]. Sắn là sự lựa chọn

của nhiều hộ nghèo và ngƣời dân ở các vùng đất xấu, bạc màu, khô hạn, cũng là sự lựa
chọn của nhiều doanh nghiệp chế biến và kinh doanh do sắn đạt lợi nhuận cao, dễ
trồng, ít chăm sóc, chi phí thấp, dễ thu hoạch, dễ chế biến. Sản xuất, chế biến, tiêu thụ,
nghiên cứu, phát triển sắn hiện là cơ hội, triển vọng của nông dân và doanh nghiệp
Việt Nam cũng nhƣ của nhiều nƣớc trên thế giới.

3


Hình 1. Diễn biến diện tích và sản lƣợng sắn Việt Nam (2005-2013)

Sắn Việt Nam xuất khẩu với kim ngạch lớn, theo số liệu của Tổng cục Hải
quan, năm 2010 Việt Nam xuất khẩu đƣợc 1.677 nghìn tấn sắn và các sản phẩm sắn,
thu về 556 triệu đô la Mỹ [6]. Trong cơ cấu các sản phẩm sắn xuất khẩu của Việt Nam
năm 2010, sắn lát chiếm khoảng 56,8%, tinh bột sắn 42,9%. Diễn biến xuất khẩu sắn
đang theo hƣớng tăng tỷ trọng sản phẩm tinh, giảm tỷ trọng sản phẩm thơ là tín hiệu
tốt trong bối cảnh nhiều ngành sản xuất trong nƣớc có liên quan đến sắn nhƣ thức ăn
chăn nuôi, ethanol đang cần nguyên liệu và giá tinh bột sắn đang có xu hƣớng tăng
mạnh trên thị trƣờng thế giới. Trung Quốc là thị trƣờng lớn nhất cho các sản phẩm sắn
Việt Nam xuất khẩu năm 2010 chiếm 94,8 % tổng kim ngạch xuất khẩu sắn lát (tƣơng
đƣơng 196,5 triệu đô la Mỹ) và 90% tổng kim ngạch xuất khẩu tinh bột sắn (tƣơng
đƣơng 315,4 triệu đô la Mỹ) (Hệ thống cây lƣơng thực Việt Nam, 2011) [26]. Năm
2011 xuất khẩu sắn và sản phẩm sắn của Việt Nam đạt 2,68 triệu tấn và thu về 960,2
triệu USD. Tính đến hết năm 2012, xuất khẩu nhóm hàng này của cả nƣớc đạt 4,23
triệu tấn, tăng 57,7% và trị giá là 1,35 tỷ USD, tăng 40,8 %. Trung Quốc tiếp tục là thị
trƣờng chính nhập khẩu sắn và sản phẩm sắn Việt Nam với lƣợng đạt 3,76 triệu tấn,
tăng 54,4 % so với năm trƣớc và chiếm 88,9 % tổng lƣợng xuất khẩu nhóm hàng này
(Thống kê Hải quan, 2013) [6].

4

1.2. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam [3]
Hiện nay Việt Nam tồn tại song song 3 quy trình chế biến tinh bột sắn:
- Quy trình chế biến thủ công
Củ sắn mua về đƣợc rửa bằng tay và gọt vỏ bằng dao rồi nạo thủ công trên một
bàn nạo/mài bằng thiếc hoặc sắt mềm có đục lỗ tạo gờ sắc một bên. Bột sau khi mài
đƣợc đƣa vào một tấm vải lọc đƣợc buộc bốn góc và rửa mạnh bằng nƣớc và tay. Xơ
sau khi rửa đƣợc vắt khô. Sữa bột thu đƣợc lại đƣợc chứa trong xô/thùng đựng chờ
tinh bột lắng xuống. Thay nƣớc nhiều lần để loại bỏ nhựa và tạp chất. Bột ƣớt vớt lên
khay hoặc vắt qua vải lọc để tách nƣớc rồi đƣợc sấy khơ tự nhiên.
Quy trình này thƣờng áp dụng với quy mơ nhỏ (hộ gia đình sản xuất). Cơng
suất từ 0,5 -10 tấn tinh bột/ngày. Ở nƣớc ta, hình thức này chiếm khoảng 70-74%.
- Quy trình chế biến bán cơ giới
Trong quy trình này, việc gọt vỏ thƣờng vẫn đƣợc tiến hành thủ cơng. Q trình
nạo/mài đƣợc tiến hành trên máy mài. Lực để quay trống trong máy mài đƣợc truyền
qua trục động cơ điện và dây cu-roa. Trống có phủ tấm kim loại đục lỗ đƣợc quay
trong một hộp máy có gắn phễu nạp củ phía trên và bột sau khi mài sẽ chảy xuống
dƣới. Quá trình mài đƣợc bổ sung một lƣợng nhỏ nƣớc. Lƣợng tinh bột đƣợc giải
phóng và hồ tan nhờ cách làm này có thể đạt 70-90%. Bột nhão thu đƣợc qua sàng
lọc thô, lọc mịn và lọc tinh. Có thể bổ sung nƣớc trong khi tách các tạp chất và bã.
Dịch thu đƣợc sẽ qua giai đoạn lắng để tách nƣớc. Lắng đƣợc tiến hành trong bể lắng
hoặc bàn lắng (lắng trọng lực). Q trình lắng có thể đƣợc bổ sung hóa chất giúp lắng
nhanh hoặc tẩy trắng. Tinh bột đƣợc tách ra bằng tay. Sấy đƣợc tiến hành sấy tự nhiên
hoặc cƣỡng bức.
Hình thức này chủ yếu áp dụng với cơng suất dƣới 50 tấn tinh bột/ngày.
- Quy trình chế biến hiện đại
Yếu tố quan trọng nhất trong sản xuất tinh bột sắn chất lƣợng cao là tồn bộ q
trình chế biến - từ khi tiếp nhận củ đến khi sấy hoàn thiện - sản phẩm phải đƣợc tiến
hành trong thời gian ngắn nhất có thể đƣợc để giảm thiểu q rình ôxy hoá làm biến

đổi hàm lƣợng tinh bột sau khi thu hoạch và trong chế biến.

5


Quy trình chế biến tinh bột sắn đƣợc thể hiện trong hình 2 dƣới đây [3]

Củ sắn tƣơi
1. Tiếp nhận củ sắn
Nƣớc
Năng lƣợng

Nƣớc
Năng lƣợng
SO2
Năng lƣợng
Nƣớc

2. Rửa và làm sạch
-

Năng lƣợng
Bao gói

Vỏ, đất, cát
Nƣớc thải
Đầu củ,
xơ sắn

3. Băm và mài củ

-

Băm – Mài- Nghiền, xát

4. Ly tâm tách bã
-

Nƣớc
Năng lƣợng
Nƣớc
Năng lƣợng

Rửa sơ bộ - Tách vỏ Rửa nƣớc

Tẩy mầu
Tách bã lần 1,2,3

5. Thu hồi tinh bột thô

Nƣớc thải
Bã thải rắn

Nƣớc thải

6. Thu hồi tinh bột tinh
-

-

Cô đặc

Ly tâm, tách nƣớc

Nƣớc thải

7. Hồn thiện

Nhiệt
Vật liệu bao
gói hỏng

Làm khơ - Sấy tơi
Định lƣợng - Đóng gói

Tinh bột sắn

Hình 2. Quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột sắn
Nhƣ vậy, quy trình sản xuất tinh bột sắn bao gồm 7 công đoạn sau:
Công đoạn 1. Tiếp nhận củ sắn tƣơi
Củ sắn tƣơi có hàm lƣợng tinh bột khác nhau, đƣợc kiểm tra nhanh bằng thiết bị
phịng thí nghiệm để xác định hàm lƣợng bột trong sắn nguyên liệu. Củ sắn đƣợc chứa
trong sân rộng và chuyển vào phễu chứa bằng băng tải. Trong quá trình vận chuyển

6


theo băng tải, công nhân loại bỏ rác, tạp chất thơ, ngồi ra có bộ phận tách tạp chất
kim loại theo nguyên tắc từ tính. Thời gian xử lý sắn củ tƣơi từ khi thu hoạch đến khi
đƣa vào chế biến càng nhanh càng tốt để tránh tổn thất tinh bột. Thực tế tại Việt Nam,
q trình này khơng q 48h còn tại một số nƣớc trong khu vực là không quá 24h.
Cổ phễu tiếp liệu thƣờng đƣợc chế tạo theo hình trụ, đáy hình chữ nhật với mặt

nghiêng đảm bảo cho nguyên liệu có thể trƣợt xuống. Cấu trúc phễu có đặt một sàng
rung, sàng này hoạt động tạo rung từ trục cam, quay bằng mô tơ điện. Sàng rung có
nhiệm vụ tách một phần tạp chất đất đá cịn bám vào củ sắn.
Cơng đoạn 2. Rửa và làm sạch củ
Công đoạn này đƣợc tiến hành nhằm loại bỏ các tạp chất có trên vỏ củ sắn, bao
gồm các bƣớc rửa sơ bộ, tách đất đá, tách vỏ cứng và rửa lại bằng nƣớc.
Máy bóc vỏ đƣợc dùng để tách vỏ cứng ra khỏi củ. Củ sắn đƣợc đƣa từ bồn
chứa đến máy bóc vỏ bằng một băng tải. Tại đây, cát, đất, đá và các chất thải tiếp tục
đƣợc loại bỏ trong điều kiện ẩm.
Củ sắn sau khi bóc vỏ đƣợc chuyển đến máy rửa. Q trình rửa đƣợc tiến hành
bằng cách phun nƣớc lên nguyên liệu sắn củ với những bánh chèo đạt trong một máng
nƣớc. Tại đây q trình rửa và làm sạch có nhiệm vụ loại bỏ lớp vỏ ngoài cũng nhƣ
mọi tạp chất khác. Cơng đoạn rửa sử dụng vịi phun áp lực cao để tăng hiệu quả rửa.
Nếu q trình rửa khơng đạt hiệu quả cần thiết, các hạt bùn dính trên củ sắn sẽ là
nguyên nhân làm giảm độ trắng của dịch sữa và sản phẩm
Củ sắn tƣơi sau khi rửa đƣợc băng tải chuyển đến công đoạn sau. Sau công
đoạn rửa 1.000 kg sắn tƣơi cho khoảng 980 kg sắn sạch.
Công đoạn 3. Băm và mài củ
Quá trình này nhằm làm vỡ củ thành các mảnh nhỏ để tăng khả năng hòa tan
tinh bột trong nƣớc và tách bã.
Củ sắn sau khi ra khỏi máy rửa, qua băng tải đƣợc băm thành những mảnh nhỏ
khoảng 10-20 mm tại máy băm. Sau khi băm, nguyên liệu đƣợc chuyển vào máy mài
bằng vít tải và bộ phận phân phối.
Mài để tăng lƣợng tinh bột sắn. Trong quá trình mài, nƣớc đƣợc đƣa vào phễu
nhằm làm giảm nhiệt lƣợng sinh ra và đẩy bã ra ngồi. Trong q trình này, HCN
trong củ sắn ở trạng thái tự do, hòa tan dần trong nƣớc đến khi khơng cịn trong sản
phẩm. Sự tiếp xúc của axit này với sắt dễ hình thành chất ferocyanide làm cho dịch bột

7

sắn có màu hơi xanh lơ. Do vậy cơng doạn này, tất cả các bộ phận thiết bị có tiếp xúc
với dịch tinh bột sắn cần đƣợc làm bằng thép không gỉ.
Dịch sữa tạo thành đƣợc bơm và chuyển sang công đoạn tiếp theo.
Công đoạn 4. Ly tâm tách bã
Ly tâm đƣợc thực hiện nhằm cô đặc dịch sữa và loại bã xơ. Tẩy màu đƣợc tiến
hành ngay sau khi hình thành dịch sữa. Trong quá trình này, tinh bột đƣợc tách khỏi
sợi cellulose, làm sạch sợi mịn trong bột sữa và tẩy trắng tinh bột để tránh lên men và
làm biến màu. Mục đích ly tâm tách bã là tách tinh bột ra khỏi nƣớc và bã. Để tẩy
trắng tinh bột, có thể dùng NaHSO3 38% hoặc dung dịch SO2 để tẩy màu.
Thông thƣờng việc tách bã đƣợc tiến hành 3 lần bằng công nghệ và thiết bị ly
tâm liên tục.
Sữa tinh bột loại thô sau khi đi qua máy lọc trong công đoạn này đạt khoảng
54kg tinh bột khơ/m3 dịch. Dịch tinh bột này cịn chứa các tạp chất nhƣ protein, chất
béo, đƣờng và một số chất không hịa tan nhƣ những hạt cellulose nhỏ trong q trình
mài củ. Các tạp chất sẽ bị loại bỏ trong quá trình tinh lọc bột.
Cơng đoạn 5. Thu hồi tinh bột thơ
Việc tách bột thơ có thể đƣợc tiến hành bằng phƣơng pháp lắng nhiều lần, lọc
với mục đích tách bã và tách dịch. Phƣơng pháp lắng thƣờng đƣợc tiến hành với quy
mơ sản xuất nhỏ. Với quy mơ trung bình và lớn, quá trình tách tinh bột từ sợi cellulose
đƣợc tiến hành bằng phƣơng pháp lọc ly tâm hoặc liên tục.
Sau công đoạn này, dịch sữa thô đạt 5% chất khô.
Công đoạn 6. Thu hồi tinh bột tinh
Sau khi ly tâm tách bã, dịch sữa đƣợc tiếp tục tách nƣớc. Bột mịn có thể đƣợc
tách ra từ sữa tinh bột bằng phƣơng pháp lọc chân không, ly tâm và cô đặc.
Trong sữa bột, hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng và đƣờng khá cao, nên các vi
sinh vật dễ phát triển dẫn đến hiện tƣợng lên men, gây mùi.
Sau ly tâm tách nƣớc tinh bột thu đƣợc đạt độ ẩm 38% và đƣợc chuyển sang
công đoạn tiếp theo dƣới dạng bánh tinh bột.
Cơng đoạn 7. Hồn thiện sản phẩm

Bánh tinh bột đƣợc làm tơi và sấy khô để bảo quản lâu dài.
Để làm tơi, tinh bột đƣợc dẫn đến bộ phận vít tải làm tơi và bộ phận rây bột tự
động.

8


Tinh bột đƣợc sáy bằng máy sấy nhanh. Sau khi sấy tinh bột đƣợc làm nguội
nhanh rồi chuyển qua bộ phận rây hạt để thu đƣợc các hạt đồng nhất, khơng vón cục,
đồng đều về độ mịn.
Tinh bột sau khi qua rây đƣợc bao gói sản phẩm.
Chế biến tinh bột sắn mang lại lợi nhuận rất cao. Nhƣng hầu hết các nhà máy ở
Việt Nam đều gặp phải những vấn đề về môi trƣờng phát sinh từ bã thải và nƣớc thải
sau chế biến. Rất nhiều nhà máy chế biến tinh bột sắn phải dừng hoạt động do khơng
có biện pháp xử lý chất thải hiệu quả phù hợp đáp ứng theo TCVN về môi trƣờng.
Đầu năm 2008, Bộ NN và PTNT đã có cơng văn đề nghị UBND các tỉnh kiên
quyết dừng sản xuất nếu khơng có biện pháp khắc phục triệt để đối với những cơ sở
chế biến không bảo đảm vệ sinh công nghiệp, gây ô nhiễm mơi trƣờng.
Tính đến cuối năm 2009, tỉnh Tây Ninh đã đóng cửa trên 10 nhà máy và cơ sở
chế biến tinh bột sắn do không xây dựng hệ thống xử lý nƣớc thải đạt tiêu chuẩn, xả
nƣớc thải ra môi trƣờng xung quanh, gây ô nhiễm nguồn nƣớc và khu dân cƣ [28].
Bên cạnh những vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do nƣớc thải nhà máy, lƣợng chất
thải dạng rắn sau CBTBS rất lớn, chiếm khoảng 20-35% sắn củ tƣơi, cũng là vấn đề
đáng quan tâm. Theo lý thuyết, phế thải rắn sau công đoạn ly tâm tách tinh bột có thể
sử dụng làm nguồn thức ăn chăn ni, tuy nhiên nếu sử dụng trực tiếp thì chất lƣợng
của nguyên liệu này khi sử dụng làm thức ăn chăn nuôi không cao. Hơn nữa, vào
những thời điểm sản xuất tập trung của nhà máy (từ tháng 9 năm trƣớc đến tháng 4
năm sau) thì lƣợng chất thải sau quá trình tách, lọc tinh bột thải ra lớn hơn rất nhiều so
với nhu cầu sử dụng làm thức ăn chăn nuôi trong khu vực. Lƣợng phế thải rắn dƣ thừa
này cùng với lƣợng phế thải rắn của quá trình xử lý sơ bộ đƣợc chuyển đến các khu

chứa phế thải của các nhà máy. Nếu không đƣợc xử lý kịp thời thì các chất hữu cơ
trong phế thải phân hủy tạo ra các khí gây mùi hơi thối gây ơ nhiễm môi trƣờng
1.3. Phế thải dạng rắn sau chế biến tinh bột sắn [3]
Bã thải rắn của quá trình sản xuất tinh bột sắn gồm các hợp chất hữu cơ dễ bị
phân hủy, gây mùi hơi thối khó chịu, đồng thời là mơi trƣờng tốt để các loại vi sinh vật
có hại phát triển và có khả năng phát tán đi xa theo chiều gió, gây ơ nhiễm mơi trƣờng
khơng khí xung quanh khu vực
Chất thải rắn sinh ra trong quá trình sản xuất chủ yếu bao gồm:

9


- Vỏ gỗ và vỏ củ, chiếm khoảng 2 - 3% lƣợng sắn củ tƣơi, đƣợc loại bỏ ngay từ
khâu bóc vỏ. Phế liệu này có thể đƣợc sử dụng làm thức ăn gia súc ở dạng khô hoặc
ƣớt.
- Mủ: lƣợng mủ khô chiếm khoảng 3,5 - 5% sắn củ tƣơi. Mủ đƣợc tách ra từ
dịch sữa, có hàm lƣợng chất hữu cơ cao (15.00 - 2.000 mg/100g) và xơ (12.800 14.500 mg/100g) nên gây mùi rất khó chịu do q trình phân hủy sinh học, cần đƣợc
làm khơ ngay. Tuy nhiên, thực tế tại nhiều doanh nghiệp sản xuất thƣờng để mủ dƣới
dạng ƣớt. Lƣợng tinh bột chứa trong mủ là 51.800 - 63.000 mg/100g, gấp đôi lƣợng
tinh bột có trong vỏ gỗ và vỏ củ. Mủ đƣợc sử dụng làm thức ăn gia súc.
Bùn lắng sinh ra từ hệ thống xử lý nƣớc thải.
- Bao bì phế thải.
Xơ và bã sắn đƣợc thu nhận sau khi đã lọc hết tinh bột. Loại chất thải rắn này
thƣờng chiếm 15 - 20% lƣợng sắn tƣơi, gây ô nhiễm môi trƣờng nếu không đƣợc xử lý
kịp thời. Bã thải rắn của ngành sản xuất tinh bột sắn thƣờng đƣợc các doanh nghiệp
sản xuất tận dụng làm sản phẩm phụ dƣới dạng thức ăn gia súc. Nguồn thu từ sản
phẩm phụ này là khơng đáng kể, cần có các biện pháp sử dụng và quản lý bã thải rắn
hiệu quả hơn.
Tác động của bã thải rắn: Chất thải rắn có khối lƣợng rất lớn. Với công suất 60
tấn tinh bột/ngày, tải lƣợng phần vỏ gỗ chiếm khoảng 4.800 kg ngày, phần vỏ củ 8.000

kg/ngày, bã sắn nhiều nhất 16.800 kg/ngày. Nếu không thu gom và xử lý ngay trong
ngày thì quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong chất thải rắn sau 48 giờ sẽ tạo ra
các khí H2S, CH4, NH3… Các loại khí này làm cho con ngƣời khó thở và ảnh hƣởng
gián tiếp tới sức khỏe lâu dài.
Các phƣơng pháp xử lý chất thải rắn
Bã thải sau chế biến tinh bột sắn chủ yếu từ quá trình lọc tách bã, chiếm khoảng
20-30% lƣợng sắn củ nguyên liệu. Thành phần của bã thải chứa hàm lƣợng
hydrocacbon khá cao khoảng hơn 50%, gồm tinh bột và cellulose. Ngoài ra, hàm
lƣợng protein, lipit và các chất khống thấp nên có giá trị dinh dƣỡng thấp. Đặc biệt
trong bã thải cịn có một lƣợng nhỏ axit HCN, có khả năng gây độc cho vật nuôi nếu
sử dụng làm thức ăn gia súc không qua xử lý. Trên thực tế, tất cả những cơ sở sản xuất
theo quy mô thủ công hay công nghiệp đều gặp phải những vấn đề môi trƣờng sinh ra

10


từ nguồn bã thải này. Do khối lƣợng lớn nên các nhà máy không thể xử lý kịp thời nên
bã thải thƣờng đƣợc chất đống và tạo mùi chua, hôi thối.
Một số biện pháp được áp dụng để xử lý nguồn bã thải rắn sau chế biến tinh
bột sắn:
Làm thức ăn chăn nuôi
Đây là biện pháp phổ biến nhất tại các nhà máy, cũng nhƣ các cơ sở sản xuất
nhỏ ở Việt Nam và các nƣớc trên thế giới. Do hàm lƣợng tinh bột còn lại trong bã thải
cao nên nó đƣợc sử dụng làm thức ăn chăn cho gia súc. Bã thải có thể là nguồn thức ăn
trực tiếp, khi chƣa bị chua hoặc đƣợc ủ với men làm mất mùi và tăng hàm lƣợng chất
dinh dƣỡng [1].
Phƣơng pháp này dễ áp dụng, thuận tiện, không tốn kém và đem lại một nguồn
thu nhập nhỏ cho cơ sở chế biến tinh bột sắn. Tuy nhiên bã thải nếu không đƣợc thu
gom và xử lý trong ngày sẽ có mùi chua, gia súc không muốn ăn; hàm lƣợng protein
trong bã thấp. Chính vì vậy cần phải ủ để làm tăng hàm lƣợng protein. Ngồi ra, trong

bã cịn chứa một hàm lƣợng nhỏ HCN có thể gây độc cho gia súc khi ăn.
Lên men để sản xuất cồn sinh học
Phƣơng pháp này chƣa đƣợc áp dụng ở Việt Nam. Biện pháp này cho hiệu quả
kinh tế vì sản phẩm tạo ra là một trong những nguồn nguyên liệu thay thế mới, đang
đƣợc thế giới quan tâm. Mặt khác, bã thải còn có khả năng cạnh tranh cao hơn so với
các nguồn nguyên liệu đƣợc sử dụng để sản xuất cồn sinh học. Tuy nhiên biện pháp
này yêu cầu trình độ khoa học cơng nghệ cao.
Làm phân bón hữu cơ
Đây là phƣơng pháp thƣờng gặp nhƣng hiệu quả còn thấp do chƣa tiếp cận
đúng phƣơng pháp. Tại các cơ sở sản xuất, các loại chất thải hữu cơ sau CBTBS bao
gồm vỏ và phần bã sắn có hàm lƣợng tinh bột thấp hoặc bã sắn đã để lâu sẽ đƣợc tận
dụng làm phân bón. Nhƣng nhiều trƣờng hợp cho thấy, khi bón trực tiếp nguồn phân
này không mang lại năng suất cây trồng. Thậm chí, nó cịn gây mùi hơi thối do các
hợp chất khó phân hủy trong bã sắn khi bị phân hủy yếm khí tạo ra các khí độc và làm
cho nguồn nƣớc bị ơ nhiễm. Vì vậy, để sử dụng nguồn bã thải thành phân bón phải qua
một quá trình ủ để chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trƣớc khi bón cho cây trồng [1].
Phƣơng pháp này có thể tận dụng đƣợc nguồn bã thải lớn, nguồn bã thải có hàm
lƣợng dinh dƣỡng kém, bã chua đã để lâu. Sản phẩm phân bón tạo ta là phân hữu cơ

11


sinh học có giá thành thấp và thân thiện với mơi trƣờng. Nó khơng chỉ giải quyết đƣợc
vấn đề ơ nhiễm mà còn tạo ra nguồn bổ sung chất dinh dƣỡng cho đất, tăng khả năng
giữ nƣớc và độ tơi xốp của đất. Trong quá trình VSV phân giải các hợp chất hữu cơ
phức tạp thành các hợp chất đơn giản nhƣ đƣờng, axit amin, chất khoáng… cung cấp
cho cây trồng.
Phƣơng pháp này không phải là mới ở nƣớc ta nhƣng lại chƣa đƣợc nghiên cứu
sâu và áp dụng rộng rãi trong ngành chế biến tinh bột sắn. Vì vậy, tài liệu tham khảo
và kinh nghiệm chƣa nhiều nên khi áp dụng có thể gặp một số khó khăn nhất định.

1.4. Vai trị của vi sinh vật trong chuyển hóa hợp chất hữu cơ
Vi sinh vật (VSV) có vai trị vô cùng quan trọng trong hệ sinh thái. Chúng là
mắt xích cuối cùng khép kín vịng tuần hồn vật chất. Chúng vừa là sinh vật tiêu thụ
vừa là sinh vật phân hủy, có nhiệm vụ phân giải các chất hữu cơ trong xác bã động
thực vật, chất thải để tạo thành các chất dễ tiêu, chất khoáng trả lại cho đất.
Vi sinh vật chuyển hóa hợp chất hydratcacbon (cellulose, tinh bột)
Vi sinh vật phân giải cellulose:
Vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose là những vi sinh vật có khả năng
tổng hợp đƣợc hệ enzyme cellulase. Hệ enzyme cellulase gồm bốn enzyme khác nhau .
Cellobiohydrolase có tác dụng cắt đứt liên kết hydro làm biến dạng cellulase tự
nhiên, phân giải vùng kết tinh tạo dạng cấu trúc vô định hình.
Endoglucanase có khả năng cắt đứt các liên kết

1-4 glucozit bên trong phân tử

tạo thành những chuỗi dài.
Exo- glucanase có khả năng phân giải các chuỗi dài trên thành các disacarit gọi
là cellobiose .
- glucanase sẽ thuỷ phân cellobiose thành glucose.
Trong tự nhiên có rất nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ cellulose
nhờ hệ enzyme cellulase ngoại bào:
Nấm mốc (Aspergillus, Fusarium, Mucor, Tricoderma...) có cấu tạo dạng hệ
sợi, sinh sản chủ yếu bằng bào tử. Chúng phát triển mạnh ở nhiệt độ 25-300C và pH =
6,5 - 7,0, chúng có khả năng phân giải cellulose mạnh nhất nhờ có khả năng sinh tổng
hợp enzyme rất cao.
Nhiều lồi vi khuẩn cũng có khả năng phân giải cellulose tuy nhiên cƣờng độ
không mạnh bằng vi nấm. Nguyên nhân là do lƣợng enzyme tiết ra mơi trƣờng ít hơn,

12

thành phần lại khơng đầy đủ. Ở trong đất có rất ít lồi vi khuẩn có khả năng tiết ra đủ
bốn loại enzyme trong hệ enzyme cellulase mà thƣờng mỗi nhóm vi sinh vật chỉ sản
sinh ra một loại enzyme tƣơng ứng. Do vậy các nhóm vi sinh vật phải phối hợp với
nhau để phân giải cơ chất trong mối quan hệ tƣơng hỗ, thông thƣờng bao gồm các vi
sinh

vật

sau:

Pseudomonas,

Cellulomonas,

Achromonobacter,

Clostridium,

Ruminococus.
Xạ khuẩn cũng góp phần tích cực trong chuyển hố cellulose. Các chủng xạ
khuẩn đƣợc ứng dụng phổ biến hiện nay thuộc chi Streptomycin. Các chủng xạ khuẩn
này thuộc nhóm ƣa nóng sinh trƣởng phát triển tốt ở nhiệt độ 45-500C rất thích hợp
cho các q trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ. Ngoài ra, một số nấm men cũng có
khả năng sinh enzyme cellulase nhƣ: Candida, Saccharomyces…
Vi sinh vật phân giải tinh bột:
Tinh bột là chất dự trữ của thực vật tồn tại củ yếu trong củ, quả dƣới hai dạng là
amino và aminopectin. Có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân giải tinh bột nhƣ
Aspergillus, Fusarius, Bacillus, Pseudomonas...
ể

VSV

ợp

chất hydratcacbon:
Sự sinh trƣởng là đặc tính chỉ sự tăng về kích thƣớc tế bào, là biểu hiện của sự
tăng trƣởng có quy tắc của tất cả các thành phần tổ hợp vật chất tế bào; còn sự phát
triển (hoặc sinh sản) chỉ sự tăng trƣởng về số lƣợng của tế bào. Sinh trƣởng và phát
triển của vi sinh vật phụ thuộc vào: Chất và lƣợng dinh dƣỡng cung cấp và các yếu tố
ngoại cảnh có quan hệ đến q trình đồng hóa và dị hóa của VSV nhƣ: độ pH, nhiệt
độ, độ ẩm, áp suất thẩm thấu, sự tồn tại của chất ức chế…
Đặc điểm về sự sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật trong môi trƣờng phụ
thuộc vào đặc tính chủng vi sinh vật và chịu ảnh hƣởng của hàng loạt yếu tố khác nhau
(Nghĩa là có thể kiểm sốt và điều chỉnh gián tiếp qua kiểm sốt chặt chẽ các yếu tố
mơi trƣờng này), trong đó các yếu tố chính là:
Độ ẩm: Hoạt động sống của vi sinh vật có liên quan mật thiết với nƣớc, vì thế
mơi trƣờng ni cấy vi sinh vật luôn cần nƣớc. Nƣớc cung cấp cho thành phần cấu tạo
của tế bào (75 - 85%), nƣớc là dung môi hịa tan các chất trong mơi trƣờng, đảm bảo
sự cân bằng áp suất thẩm thấu. Nƣớc cịn có tác dụng điều hòa chất dinh dƣỡng và loại

13


thải các chất không cần thiết qua màng tế bào, ngoài ra nƣớc rất cần cho việc thực hiện
các phản ứng hóa học. Độ ẩm thích hợp từ cho vi sinh vật là 40

55%.

Nhiệt độ: Nhiệt độ có ảnh hƣởng rất lớn đến quá trình trao đổi chất và tốc độ

sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật, do hầu hết mọi chuyển đổi hóa sinh trong tế
bào đều phụ thuộc vào nhiệt độ, đặc biệt là hoạt tính xúc tác của enzyme. Mỗi loài vi
sinh vật thƣờng phát triển tốt trong khoảng nhiệt độ nhất định. Phần lớn xạ khuẩn là
lồi ƣa ấm, nhiệt độ tối thích cho sự sinh trƣởng và phát triển là 25

300 C, một số

khác có thể phát triển ở những nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn (vi sinh vật ƣa nhiệt và
vi sinh vật ƣa lạnh) [2].
Oxy: Đối với các
ởng

ọ
ủa chúng. Trong thực tiễ

đƣợc khai thác tích cực để điều chỉnh động học q trình lên men theo mục tiêu cơng
nghệ lựa chọn [2].
Độ pH môi trƣờng: Nồng độ ion hydro (H+) cao hay thấp quyết định độ pH
cao hay thấp. Độ pH rất cần cho sự sinh trƣởng, phát triển của vi sinh vật vì giá trị pH
cần cho hoạt động của nhiều enzym, nồng độ ion H+ còn ảnh hƣởng trực tiếp đến diện
tích bề mặt và mức độ điện ly của một số muối khoáng K, Na, Mg… theo Goshi pH
tối thích cho vi sinh vật từ 6,8

7,5 [2].

Quan hệ giữa pH môi trƣờng đến sự sinh trƣởng của vi sinh vật biến đổi, tùy
. Nhìn chung, các lồi vi sinh vật đều có khả năng phát

thuộ

triển đƣợc trong dải pH nhất định và đặc tính này cũng đƣợc xem xét khai thác phối
hợp để cải thiện hiệu quả xử lý, qua sử dụng các chất đệm để điều hịa độ pH mơi
trƣờng ni cấy VSV.
1.5. Khả năng sử dụng vi sinh vật để xử lý phế thải rắn sau chế biến tinh bột sắn
làm phân bón hữu cơ sinh học
Chất thải sau CBTBS dạng rắn gồm phần lớn hợp chất hữu cơ giàu cacbon
(60% hydratcacbon) là môi trƣờng sống tốt cho các loại vi sinh vật. Trên thực tế, phế
thải sau CBTBS dạng rắn khơng thể bón trực tiếp cho cây trồng mà chúng cần phải
qua một quá trình chuyển hố các hợp chất hữu cơ trƣớc khi đƣa vào sử dụng. Trong
quá trình sinh trƣởng và phát triển, vi sinh vật sinh tổng hợp ra các enzyme có khả
năng phân giải các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp (đại phân tử) thành đơn giản
nhƣ đƣờng, axit amin, axit humic, chất khoáng... mà cây trồng có thể hấp thụ đƣợc.

14


Phế thải dạng rắn sau quá trình chế biến tinh bột sắn đƣợc ủ làm phân bón hữu
cơ sinh học theo phƣơng pháp ủ compost trong điều kiện có kiểm soát về độ ẩm, nhiệt
độ, oxi sẽ tạo ra sản phẩm phân hữu cơ phục vụ nông nghiệp. Kết quả nghiên cứu cho
thấy bón phân hữu cơ cho đất làm tăng độ mùn và khả năng giữ chất dinh dƣỡng của
đất trồng trọt. Tại các nhà máy chế biến tinh bột sắn, bã sắn đƣợc chất thành đống
khoảng 500m3, sau đó nƣớc và nitrogen (thƣờng là dạng ure) đƣợc thêm vào lúc ban
đầu ủ. Rồi sau đó đống ủ đƣợc tƣới nƣớc và lật hoặc đảo trộn hàng tuần để lấy oxy cho
thời gian dài 3 tháng tiếp tục ủ. Sản phẩm cuối cùng sau đó đƣợc sàng lọc để lựa chọn
những thành phần có kích thƣớc thống nhất.
Độ ẩm cho hầu hết các quá trình ủ compost là 50-70%(w/w), và lƣợng oxy nên
duy trì ở mức lớn hơn 0,1% và tốt nhất ở 5-12%. Tại tất cả các giai đoạn ủ compost,
mật độ vi sinh vật thƣờng có nấm là nhiều hơn. Nấm ƣa ấm bị chết bởi nhiệt độ tăng
cao trong quá trình ủ. Mật độ vi khuẩn ƣa nhiệt và xạ khuẩn sẽ chiếm nhiều hơn mật
độ vi khuẩn ƣa ấm trong suốt quá trình sau của ủ compost. Vi khuẩn là thành phần

quan trọng trong giai đoạn đầu của quá trình ủ compost, trong khi nấm có vai trị quan
trọng ở giai đoạn sau.
Các chủng vi sinh vật ƣa nhiệt quan trọng trong quá trình ủ compost gồm
Bacillus stearothermophilus, Thermomonospora spp, Thermoactinomyces spp và
Clostridium thermocellum, Geotrichum candidum, Aspergillus fumigatus, Mucor
pusillus, Chaetomium thermophile, Thermoascus aurantiacus và Torula spp. Q
trình ủ compost có thuận lợi là ngăn chặn nhiều mầm bệnh, tiêu diệt hạt cỏ dại và vi
trùng gây bệnh trong giai đoạn ủ, tăng pH trên đất axit, tăng lƣợng vật liệu hữu cơ
trong đất và cũng có thể giảm lƣợng phytotoxic (ví dụ nhƣ tỷ lệ C:N ). Sản phẩm sau
q trình ủ có thể dụng nhƣ một nguồn phân bón hữu cơ [4].
Ở Việt Nam, việc ứng dụng vi sinh vật trong xử lý chất thải hữu cơ làm phân
bón hữu cơ sinh học đã đƣợc các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu trong nhiều năm
trở lại đây, trong đó sử dụng vi sinh vật trong xử lý rác thải và phế thải nông nghiệp,
công nghiệp chế biến nông sản ở Việt Nam đã đƣợc nghiên cứu và triển khai áp dụng
tƣơng đối rộng rãi. Có nhiều nghiên cứu và ứng dụng thành cơng vi sinh vật xử lý phế
thải hữu cơ, phế thải nhà máy chế biến mía đƣờng, phế thải sinh hoạt, phế thải chế
biến dứa. Tuy nhiên chƣa có đề tài nào nghiên cứu sử dụng vi sinh vật để xử lý phế
thải CBTBS dạng rắn làm phân bón hữu cơ sinh học.

15


II. ĐỐI TƢỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Thiết bị, hóa chất, dụng cụ thí nghiệm
- Thiết bị:

+ Buồng cấy vi sinh vật
+ Máy lắc ổn nhiệt
+ Nồi khử trùng
+ Cân điện tử

- Dụng cụ:

+ Bình tam giác
+ Ống nghiệm
+ Đĩa petri
+ Que cấy
+ Đèn cồn

- Hóa chất:
(NH4)2SO4, Ca3(PO4)2, CaCO3, Cao nấm men, FeSO4, FeSO4. 7H2O, Glucose,
Glyxerin, K2HPO4, K2SO4, KCl, KH2PO4, KNO3, MgSO4.7H2O, MnSO4, NaCl,
NaNO3, Nƣớc cất, Pepton, Saccaroza, Thạch, Tinh bột tan (Dextrin), laurylsulphat,
TSI, SS, Maconkey...
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu
- Các chủng VSV đƣợc lƣu giữ tại Bộ môn Sinh học Môi trƣờng, Viện Môi
trƣờng Nông nghiệp.
- Chất thải dạng rắn sau chế biến tinh bột sắn đƣợc thu gom từ nhà máy chế
biến tinh bột sắn Elmaco – Sơn Lai, Nho Quan, Ninh Bình (là đầu mẩu, sắn thừa, vỏ
cáy).
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật
2.3.1.1. Xác định mật độ vi sinh vật
- Xác định mật độ vi sinh vật tổng số
Mật độ vi sinh vật tổng số đƣợc xác định dựa trên phƣơng pháp nuôi cấy trên
môi trƣờng thạch đĩa, tính số lƣợng vi sinh vật trên mililit hoặc trên gam mẫu thông
qua số khuẩn lạc phát triển trong các đĩa môi trƣờng theo TCVN 4884-2005 [8].
Tuyển chọn, xác định một số đặc điểm sinh học và ảnh hƣởng của điều kiện
ni cấy đến hoạt tính sinh học của các chủng vi sinh vật đƣợc xác định theo các
phƣơng pháp nghiên cứu vi sinh vật thông thƣờng.

16