Nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh dạng bột xử lý phụ phẩm nhãn sau thu hoạch

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
------- -------

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM VI SINH DẠNG BỘT
XỬ LÝ PHỤ PHẨM NHÃN SAU THU HOẠCH”

Hà Nội - 2023


HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
------- -------

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM VI SINH DẠNG BỘT
XỬ LÝ PHỤ PHẨM NHÃN SAU THU HOẠCH”

Sinh viên

: Trần Quang Khải

MSV

: 637239

Lớp

: K63CNSHC

Khoa

: Công nghệ sinh học

Giảng viên HD : Th.S Trịnh Thị Thu Thủy

Hà Nội - 2023


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan khóa luận này hồn tồn được hồn thiện bằng sự tìm hiểu
nghiên cứu khoa học của bản thân dưới sự hướng dẫn của ThS. Trịnh Thị Thu Thủy
giảng viên khoa Công nghệ sinh học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Tất cả các
số liệu, hình ảnh, kết quả được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp này là hồn tồn
trung thực, khơng sao chép cơng trình nghiên cứu của người khác mà khơng chỉ rõ
nguồn tham khảo.
Các tài liệu tham khảo được sử dụng trong khoá luận này đã được liệt kê trong
danh mục tài liệu tham khảo của khóa luận.
Tơi xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan của mình trước Hội đồng chấm khoá
luận tốt nghiệp và Học viện.
Hà Nội, ngày

tháng

Sinh viên

Trần Quang Khải

i

năm 2023


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới ban Giám đốc Học viện, thầy
cô trong Khoa Công nghệ sinh học đặc biệt là các thầy, cô ở Bộ môn SHPT & CNSH
Ứng dụng, Khoa Công nghệ sinh học của Học viện đã tạo điều kiện cho em thực tập
ở khoa để có nhiều thời gian cho khoá luận tốt nghiệp.
Em xin được bày tỏ lòng biết ơn tới ThS. Trịnh Thị Thu Thủy, giảng viên bộ
môn SHPT & CNSH Ứng dụng, khoa Công nghệ Sinh học, đã tận tình hướng dẫn
trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện và hồn thành khóa luận.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đã luôn đồng hành, giúp
đỡ, động viên trong suốt quãng thời gian dài thực tập khóa luận.
Do kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế của bản thân còn nhiều hạn chế
nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến
đóng góp của thầy cơ để cho bài báo cáo được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng

Sinh viên

Trần Quang Khải

ii

năm 2023

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... I
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ V
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................VI
DANH MỤC VIẾT TẮT ..................................................................................... VII
TÓM TẮT ........................................................................................................... VIII
ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................... 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 1
1.1. Thực trạng phế phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam ..................................... 2
1.2. Sản lượng và phụ phẩm sau thu hoạch nhãn ................................................. 5
1.3. Thành phần nguyên liệu có trong phụ phẩm nhãn........................................ 7
1.3.1. Cellulose ........................................................................................................ 7
1.3.2. Lignin .......................................................................................................... 12
1.3.3. Hemicellulose .............................................................................................. 18
1.4. Chế phẩm vi sinh xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp ................................... 19
1.4.1. Tổng quan về chế phẩm vi sinh................................................................... 19
1.4.2. Quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh ........................................................... 20
1.5. Tổng quan về chất mang................................................................................. 20
1.5.1. Khái niệm .................................................................................................... 22
1.5.2. Điều kiện lựa chọn chất mang ..................................................................... 22
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
.................................................................................................................................. 24
2.1. Vật liệu, thời gian và địa điểm nghiên cứu ................................................... 24
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu ..................................................................................... 24
2.1.2. Môi trường nghiên cứu ................................................................................ 24
iii

2.1.3. Thiết bị và hố chất thí nghiệm ................................................................... 24
2.1.4. Thời gian, địa điểm nghiên cứu................................................................... 25
2.2. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 25
2.3. Phương pháp nghiên cứu................................................................................ 25
2.3.1. Phương pháp sàng lọc vi sinh vật ................................................................ 25
2.3.2. Phương pháp xác định hàm lượng Cellulose .............................................. 28
2.3.3. Phương pháp xác định hàm lượng Lignin ................................................... 28
2.3.4. Phương pháp tạo chế phẩm vi sinh dạng bột .............................................. 30
2.3.5. Phương pháp đánh giá khả năng phân hủy của chế phẩm vi sinh xử lý phế
phụ phẩm nhãn. ..................................................................................................... 33
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 34
3.1. Kết quả sàng lọc vi sinh vật ............................................................................ 34
3.1.1. Sàng lọc chọn ra chủng vi khuẩn tốt nhất ................................................. 34
3.1.2. Kết quả khả năng sinh enzyme ligninolytic của 2 chủng DV2.1 và ĐR2 .. 34
3.1.3. Kết quả xác định hoạt tính cellulase của 2 chủng DV2.1 và ĐR2 .............. 35
3.1.4. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng....................................................... 36
3.2. Kết quả tuyển chọn chất mang để tồn trữ 2 chủng DV2.1 và ĐR2 ............ 40
3.2.1. Kết quả tuyển chọn chất mang tồn trữ chủng DV2.1.................................. 40
3.2.2. Kết quả tuyển chọn chất mang tồn trữ chủng ĐR2 ..................................... 43
3.3. Kết quả đánh giá khả năng phân giải Lignin, cellulose và hemicellulose
trong phụ phẩm nhãn ............................................................................................ 44
3.3.1. Đánh giá tương quan đống ủ ....................................................................... 44
3.3.2. Đánh giá khả năng phân huỷ Lignin ........................................................... 46
3.3.3. Đánh giá khả năng phân hủy cellulose ........................................................ 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 49
Kết luận ................................................................................................................... 49
Kiến nghị ................................................................................................................. 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 50

PHỤ LỤC ................................................................................................................ 53

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ............................................................... 24
Bảng 2. 2. Giá trị d theo Va ..................................................................................... 29
Bảng 2. 3. Các công thức xây dựng đống ủ ............................................................. 33
Bảng 3. 1. Hoat tính enzyme cellulase của 2 chủng vi khuẩn ................................. 36
Bảng 3.2. Hàm lượng Lignin trong phụ phẩm nhãn trước và sau khi ủ .................. 46
Bảng 3.3. Hàm lượng Cellulose trong phụ phẩm nhãn trước và sau khi ủ .............. 47

v


DANH MỤC HÌNH

Hình 1. 1. Sản lượng nhãn nước ta năm 2021............................................................ 6
Hình 1. 2. Các mắt xích trong -D-Glucose trong cellulose ..................................... 8
Hình 1. 3. Quá trình phân giải cellulose của enzyme cellulase ................................. 9
Hình 1. 4. Cấu trúc phân tử Lignin .......................................................................... 13
Hình 1. 5. Cơ chế hoạt động của Lignin peroxidase ................................................ 14
Hình 1. 6. Cơ chế hoạt động của Mangan peroxidase ............................................. 15
Hình 1. 7. Cấu trúc hoạt động của Laccase .............................................................. 16
Hình 1. 8. Cấu trúc các loại đường trong hemicellulose.......................................... 19
Hình 1. 9. Một số loại Chế phẩm vi sinh trên thị trường ......................................... 20
Hình 2. 1. Các loại chất mang được sử dụng trong thí nghiệm ............................... 30
Hình 3.1. Kết quả đánh giá của các chủng vi khuẩn ................................................ 34
Hình 3.2. Kết quả định tính lignin của 2 chủng DV2.1 và ĐR2 với acid tannic ..... 35

Hình 3.3.Hình ảnh định tính cellulase của 2 chủng DV2.1 và ĐR2 ........................ 36
Hình 3.4. Đường cong sinh trưởng của chủng DV2.1 ............................................. 37
Hình 3.5. Đường cong sinh trưởng của chủng ĐR2 ................................................ 38
Hình 3.6. Mối liên hệ giữa mật số tế bào và giá trị OD600nm của DV2.1 ................. 39
Hình 3.7. Mối liên hệ giữa mật số tế bào và giá trị OD600nm của ĐR2 .................... 39
Hình 3.8. Kết quả mật số vi khuẩn của nhóm cám gạo với chủng DV2.1............... 40
Hình 3.9. Kết quả mật số vi khuẩn của nhóm cám ngơ với chủng DV2.1 .............. 41
Hình 3.10. Kết quả mật số vi khuẩn của nhóm bột talc với chủng DV2.1 .............. 41
Hình 3.11. Kết quả mật số vi khuẩn của nhóm bã cà phê với chủng DV2.1 ........... 42
Hình 3.12. Kết quả mật số vi khuẩn chủng ĐR2 trong các nghiệm thức ................ 43
Hình 3.13. Sự biến thiên của nhiệt độ trong đống ủ theo thời gian ......................... 44
Hình 3.14. Sự biến thiên của pH trong đống ủ theo thời gian ................................. 45

vi


DANH MỤC VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
CMC
Cs
DNS

Giải nghĩa
Carboxymethyl cellulose
Cộng sự
3,5 Dinitrosalicylic acid

ĐC

Đối chứng

LB

Luria Bertani Broth

LiP

Lignin peroxidase

MnP

Mangan peroxidase

SHPT

Sinh học phân tử

U

Unit

VP

Versatile peroxidase (Peroxidase đa năng)

vii


TÓM TẮT
Với vị thế là một nước đang phát triển với chủ đạo là nơng nghiệp, Việt Nam

có nền sản xuất nơng nghiệp đa dạng, đi kèm với nó là lượng lớn các phế phụ phẩm
được tạo ra. Lượng phụ phẩm nông nghiệp này chứa nguồn sinh khối khổng lồ nên
nếu được tận dụng một cách hiệu quả, việc này vừa có tác dụng bảo vệ mơi trường
lại vừa tận dụng được lượng sinh khối để tạo ra các sản phẩm có giá trị. Chế phẩm
vi sinh hay cịn được gọi là chế phẩm sinh học, men vi sinh có tên khoa học là
Probiotic . Là tập hợp các dòng vi sinh vật lợi khuẩn có khả năng phân hủy các chất
thải hữu cơ gây ô nhiễm môi trường, hay bổ sung dinh dưỡng từ những vi khuẩn hay
vi nấm có lợi. Mà những vi sinh vật này vẫn cịn sống và hoạt động khi chúng ta sử
dụng. Đã có nhiều những nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh nhằm phục vụ cho nhiều
đề tài, tuy nhiên tạo chế phẩm vi sinh để xử lý phụ phẩm nhãn thì rất ít các bài báo
đề cập tới. Chính vì vậy trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành khảo sát lựa chọn
các chủng vi khuẩn tốt và các nhóm chất mang thích hợp để tạo chế phẩm vi sinh
dạng bột xử lí phụ phẩm nhãn .
Kết quả nghiên cứu chọn lọc được 2 chủng vi khuẩn thích hợp là DV2.1 và
ĐR2. Hai chủng được khảo sát đánh giá hoạt tính phân giải Lignin và Xenllulose và
đường cong sinh trưởng đều cho những kết quả phù hợp phối trộn với chất mang.
Chất mang được lựa chọn bao gồm 4 loại đó là: Cám ngô, cám gạo , bột talc và bã
cà phê. Các loại chất mang được xử lý và phối trộn với 2 chủng vi khuẩn đã được
chọn với các nghiệm thức khác nhau. Sau đó, sẽ mang đi bảo quản và đánh giá mật
số vi khuẩn để chọn lựa ra 4 công thức tốt nhất sau 4 tuần theo dõi tiến hành phối
trộn đánh giá với đống ủ. Sau 20 ngày theo dõi , nhiệt độ đống ủ dao động từ 3035ºC . pH đống ủ dao động từ 3,5-4,5. Hàm lượng Lignin trong đống ủ giảm từ 11,25
– 28,82% so với lượng ban đầu, hàm lượng cellulose giảm từ 15,93-22,69% so với
lượng ban đầu. Những kết quả trên là cơ sở để có thể sử dụng các chủng vi khuẩn
này xử lý phế phụ phẩm sau thu hoạch nhãn, sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh.
viii


ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam có nền nơng nghiệp nhiệt đới phát triển, có sản lượng sản phẩm lớn,
đa dạng, có nhiều loại đặc sản phục vụ cho mục tiêu bảo đảm an ninh lương thực,

thực phẩm mà còn xuất khẩu trên tồn thế giới. Bên cạnh các sản phẩm chính, hàng
năm lượng phụ phẩm dư thừa trong quá trình chế biến các sản phẩm, thực phẩm nông
sản rất lớn và khá đa dạng về chủng lồi. Đó cũng là vấn đề, nỗi lo về các bãi chứa
đe doạ ô nhiễm mơi trường với những địa phương có thế mạnh về sản xuất nông
nghiệp. Mặc dù ngành nông nghiệp đã được cơ giới hố, được chú trọng nhưng nó
để lại khơng ít hệ quả tới mơi trường.
Chưa dừng lại ở đó, những năm gần đây việc lạm dụng các loại phân bón hóa
học, thuốc bảo vệ thực vật… để đảm bảo sản lượng cũng như tăng năng suất cho cây
trồng nhưng cây hiệu quả sử dụng phân bón thấp. Việc này đã khiến cho chúng ta
tốn nhiều chi phí để mua các loại hóa chất, nguy hại hơn nữa là hệ vi sinh vật đất và
chất lượng đất bị tàn phá nghiêm trọng chính là ngun nhân gây thối hóa đất.
Vì thế việc nghiên cứu ứng dụng các loại vi sinh vật có lợi để sản xuất chế
phẩm vi sinh giúp bổ sung vào trong đất các chủng vi sinh vật giúp tham gia tích cực
vào q trình phân giải các chất hữu cơ và các chất vô cơ thành chất dinh dưỡng cho
cây trồng, giúp cân bằng hệ sinh thái trong đất nói riêng và mơi trường nói chung.
Việc ứng dụng chế phẩm vi sinh trong xử lý phế phụ phẩm nơng nghiệp ngày càng
phổ biến, vừa có thể giải quyết được vấn đề chất thải vừa tận dụng được tối đa nguồn
phế phụ phẩm sẵn có. Nhãn là một trong những cây trồng có diện tích trồng lớn do
đó lượng phụ phẩm hàng năm tạo ra nhiều. Việc tận dụng nguồn phụ phẩm từ cây
trồng này góp phần xử lý vấn đề môi trường đồng thời tạo ra giá trị gia tăng từ nguồn
sinh khối sẵn có và rẻ tiền.
Chính vì những lý do trên, chúng tơi thực hiện đề tài “Nghiên cứu tạo chế
phẩm vi sinh dạng bột xử lý phế phụ phẩm nhãn sau thu hoạch” để xử lý và tận
dụng tối ưu nguồn phế phụ phẩm nhãn sau mỗi mùa vụ thu hoạch.
1


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Thực trạng phế phụ phẩm nơng nghiệp ở Việt Nam
Việt Nam có nền nơng nghiệp nhiệt đới phát triển, có sản lượng sản phẩm lớn,

đa dạng, có nhiều loại đặc sản phục vụ cho mục tiêu bảo đảm an ninh lương thực,
thực phẩm mà cịn xuất khẩu trên tồn thế giới. Trong q trình sản xuất, bảo quản,
sơ chế, chế biến các nông sản đó, tỷ lệ phụ phẩm từ ngành lâm nghiệp, trồng trọt,
chăn nuôi, thủy sản là rất lớn (Tổng cục Thống kê, Cục chăn nuôi, 2020).
Là một nước nông nghiệp, hằng năm lượng phụ phẩm dư thừa trong quá trình
chế biến các sản phẩm, thực phẩm nông sản rất lớn và khá đa dạng về chủng lồi. Đó
cũng là vấn đề, nỗi lo về các bãi chứa đe doạ ô nhiễm mơi trường với những địa
phương có thế mạnh về sản xuất nông nghiệp. Mặc dù ngành nông nghiệp đã được
cơ giới hố, được chú trọng nhưng nó để lại khơng ít hệ quả tới môi trường. Trước
đây, khi nông nghiệp cịn chưa được cơ giới hố, các phế phẩm nơng nghiệp như
rơm, rạ, bẹ ngô…được tái sử dụng làm chất đốt trong gia đình, làm thức ăn chăn ni
cũng như tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp vào nhiều mục đích sử dụng khác
nhau.
Theo báo cáo tổng kết về điều tra sinh khối ở Việt Nam do Ngân hàng thế giới
thực hiện năm 2018 và số liệu thống kê của Tổng cục Thống kê, tổng khối lượng phụ
phẩm ước tính ở nước ta năm 2020 là trên 156,8 triệu tấn bao gồm: 88,9 triệu tấn phụ
phẩm sau thu hoạch từ cây trồng, từ q trình chế biến nơng sản của ngành trồng trọt
(chiếm khoảng 56,7%) ; 61,4 triệu tấn phân gia súc, gia cầm từ ngành chăn nuôi (chiếm
khoảng 39,1%); 5,5 triệu tấn từ ngành lâm nghiệp (chiếm khoảng 3,5%) và khoảng gần
1 triệu tấn từ ngành thuỷ sản (10,6%)
Theo đánh giá của Cục Trồng trọt (2010) và nhiều nghiên cứu, lượng chất thải
từ lúa và cây ăn quả chiếm tới 50% chất khô, nghĩa là cứ sản xuất ra 1 tấn sản phẩm
chính thì lượng phụ phẩm tạo ra cũng tương đương là 1 tấn, khoảng 10-12 tấn phụ
phấm/ha; sản xuất 1 tấn ngơ thì lượng phụ phẩm là 1,2 tấn thân ngô, sản xuất 1 hecta
2


lạc phát thải 11 tấn thân cây lạc, 1 hecta sắn phát thải 7 tấn ngọn và lá sắn tươi. Như
vậy, với diện tích trồng trọt hiện tại, kết quả ước tính lượng phụ phẩm từ trồng trọt
của Viện Mơi trường Nông nghiệp (2010) đã cho thấy cả nước ta có khoảng 61,43

triệu tấn phụ phẩm (gồm 39,9 triệu tấn rơm rạ, 7,99 triệu tấn trấu, 4,45 triệu tấn bã
mía, 1,2 triệu tấn thân lá mía, 4,43 triệu tấn thân lõi ngơ. Như vậy, có thể thấy rằng
khả năng phát sinh phụ phẩm từ trồng trọt là rất lớn sẽ có nguy cơ gây ảnh hưởng
nghiêm trọng đến mơi trường do q trình sử dụng sai mục đích hoặc đốt đồng tràn
lan khi vệ sinh đồng ruộng. Trong thực tế cho thấy nguồn phụ phẩm sau thu hoạch
có thể tận dụng để tái sử dụng, xử lý trở thành nguồn sinh khối hữu cơ có giá trị đồng
thời đảm bảo vệ sinh môi trường và mang lại hiệu quả kinh tế cho nông dân nông
thôn.

Bảng 1.1. Giá trị dinh dưỡng của một số phụ phẩm Nông nghiệp
Riêng tại vùng Đông Nam Bộ và vùng Đồng bằng sông Cửu Long nguồn phụ
phẩm nông nghiệp của 2 vùng sinh thái nông nghiệp này chủ yếu từ ngành trồng trọt
và chăn nuôi. Năm 2020, vùng Đơng Nam bộ ước tính có trên 13,9 triệu tấn phụ
phẩm nông nghiệp, chiếm 9,3% tổng lượng phụ phẩm nông nghiệp của cả nước,
3


trong đó có 7,8 triệu tấn phụ phẩm từ trồng trọt và 6,1 triệu tấn từ phân vật nuôi.
Vùng đồng bằng sơng Cửu Long ước tính có 39,4 triệu tấn phụ phẩm nông nghiệp,
chiếm 26,2% tổng lượng phụ phẩm nông nghiệp của cả nước, trong đó 33,3 triệu tấn
từ trồng trọt và 6,2 triệu tấn từ chăn nuôi.
Riêng tại khu vực tỉnh Hậu Giang, trên cây lúa: ước lượng rơm, rạ, vỏ trấu từ
sản xuất 3 vụ lúa trên địa bàn lượng phụ phẩm phát thải ra môi trường 1,48 ngàn tấn
từ rơm rạ, vỏ chấu (rơm rạ 1.152,8 ngàn tấn, vỏ chấu 327,2 ngàn tấn) và 176,2 ngàn
tấn cám. Trên các loại cây ăn trái: lượng phụ phẩm chủ yếu là cành và lá trong quá
trình cắt tỉa, trái rụng do yếu tố sâu bệnh gây nên với ước khoảng 172,7 ngàn
tấn/năm. Trên rau màu: phụ phẩm ước 46,9 ngàn tấn/năm, chủ yếu là thân lá của rau
màu sau thu hoạch còn lại trên đồng ruộng. Trên cây bắp với diện tích trồng 2.050
với lượng phụ phẩm sau thu hoạch lớn, có 5% phụ phẩm là thân lá tươi được nông
dân thu hoạch để làm thức ăn gia súc như trâu, bò, dê với với số lượng 123 tấn

tươi/năm, số lượng thân lá còn lại cho tự hoai mục tại rẫy. Trên cây mía: ước phụ
phẩm 126 ngàn tấn, chủ yếu từ ngọn mía bỏ lại tại rẫy và xác bã sau khi nhà máy đã
ép đường. Trong đó: ngọn mía là 7,56 tấn, bả mía là 118,5 ngàn tấn. (Khuyến Nông
Hậu Giang, 2022)
Sản lượng phụ phẩm nông nghiệp ở nước ta là rất lớn nhưng việc sử dụng vẫn
chưa hiệu quả. Đối với phụ phẩm trồng trọt, tỷ lệ thu gom chỉ đạt 52.2% trên tổng
lượng 88.9 triệu tấn; chăn ni có tỷ lệ thu gom là 75.1% trên tổng lượng 61.4 triệu
tấn; thủy sản có tỷ lệ thu gom cao nhất với 90% trên tổng lượng phụ phẩm 1 triệu tấn
và lâm nghiệp có tỷ lệ thu gom 50.2% trên tổng lượng 5.5 triệu tấn. Không chỉ tỷ lệ
thu gom thấp, việc sử dụng phụ phẩm vẫn còn đơn giản, chưa tạo được giá trị gia
tăng cao. Tỷ lệ các nhà máy sử dụng nguồn nguyên liệu hữu cơ để sản xuất phân bón
hữu cơ ở mức khá thấp. Cụ thể, sử dụng 43% chất thải chăn nuôi; 33.2% chất thải
chế biến thực vật; 17.9% phụ phẩm trồng trọt; 16.2% chất thải chế biến động vật,
thủy sản ... (Tổng cục Thống kê, Cục chăn nuôi, 2020).
Ngày nay đời sống con người ngày càng phát triển, các sản phẩm cung cấp cho
4


ngành nông nghiệp ngày càng nhiều và đa dạng hơn. Con người đang khơng cịn chú
trọng đến việc tái sử dụng những phế phẩm nơng nghiệp, thay vào đó những phế
phẩm nông nghiệp này thường bị bỏ lại ngay tại đồng ruộng sau khi thu hoạch, thậm
chí bị người dân đốt ngay tại ruộng gây ra hậu quả nghiệm trọng tới mơi trường đất,
mơi trường khí và ảnh hưởng các vấn đề nhân sinh xã hội khác. Vì vậy, vấn đề đặt
ra hiện nay làm thế nào giải quyết triệt để việc tái sử dụng phế phẩm nông nghiệp tạo
sinh kế cho người nông dân đồng thời hạn chế mức độ ảnh hưởng tới môi trường.
1.2. Sản lượng và phụ phẩm sau thu hoạch nhãn
Cây nhãn tên khoa học là Euphoria longana, còn được người Tàu gọi là: “long
nhãn“ còn có nghĩa là “mắt rồng” vì hạt có màu đen bóng, là lồi cây cận nhiệt đới
lâu năm thuộc họ Sapindaceae (họ Bồ hịn) có nguồn gốc từ miền nam Trung Quốc.
Cây nhãn ít kén đất và có khả năng chịu rét tốt nên có khả năng sinh trưởng ở nhiều

vùng miền khác nhau. Cây nhãn có chiều cao trung bình khoảng 5 – 10 mét. Thân
cây đứng thẳng, phân thành nhiều cành có lá um tùm. Bên ngồi thân được bao bọc
bằng một lớp vỏ xù xì, có màu xám. Lá nhãn dạng kép, mọc so le, màu xanh và có
hình dáng tương tự như hình lơng chim, .Thân nhiều cành, lá um tùm, xanh quanh
năm.Nhãn cho ra hoa vào mùa xuân. Hoa nhãn màu vàng nhạt, thường mọc thành
chùm ở đầu cành hay kẽ lá .Quả nhãn hình trịn, có vỏ ngồi nhẵn và có màu vàng
xám. Hạt đen, có áo hạt màu trắng trong .Mùa hoa tháng 2 đến tháng 4, mùa quả
tháng 7-8. Trên thế giới, nhãn cịn được tìm thấy ở nhiều quốc gia như Indonesia,
Thái Lan, Ấn Độ hay các tỉnh khu vực miền nam Trung Quốc. Ở nước ta, nhãn được
trồng nhiều ở Hưng Yên, Hải Phòng, Nam Định, Vĩnh Phúc, Sơn La, Bắc Cạn và
nhiều tỉnh thành khác. Tuy nhiên, hai tỉnh Sơn La và Hưng Yên là nơi trồng nhiều
nhãn nhất miền Bắc chiếm khoảng 30% diện tích trồng nhãn của toàn quốc (Báo
Hưng Yên, 2020). Theo Cục chế biến và phát triển thị trường nông sản, dự kiến năm
2021 tổng sản lượng nhãn trên cả nước đạt 637 nghìn tấn, tăng khoảng 8% so với
năm 2020.

5


Hình 1. 1. Sản lượng nhãn nước ta năm 2021
Nguồn: Cục Chế biến và Phát triển thị trường nông sản- Bộ NN-PTNT

Tại khu vực phía Nam, sản lượng nhãn ước tính đạt 338.000 tấn, tăng khoảng
4% so với năm 2020 là 324.000 tấn. Trong đó sản lượng thu hoạch tháng đầu đạt
60.000 tấn (47,5%), dự kiến sản lượng thu hoạch 6 tháng cuối năm khoảng 177.000
tấn (52,5%).
Tại khu vực phía Bắc, sản lượng đạt 300.000 tấn, tăng hơn 13% so với năm
2020 là 255.000 tấn. Trong đó, trà sớm đạt 63.300 tấn (21,2%); trà chính vụ đạt
204.300 tấn (68,1%) và trà muộn đạt 32.100 tấn (10,7%).
Năm 2021, một số tỉnh thành sản xuất nhãn chủ yếu ở phía Bắc như Hưng n

có diện tích nhãn lồng cho thu hoạch khoảng 4.500 ha; trong đó, nhãn trồng theo
tiêu chuẩn VietGAP cho sản phẩm chất lượng cao là hơn 1.300 ha. Sản lượng nhãn
ước đạt khoảng 50.000-55.000 tấn, cao hơn năm 2020 từ 15-20%. Trong đó trà sớm
sản lượng chiếm khoảng 10%; trà chính vụ khoảng 70%; trà muộn khoảng 20%.
Ngồi ra tỉnh Sơn La có diện tích 19.224 ha, sản lượng ước đạt gần 98.500 tấn, tăng
khoảng 10-15% so với năm 2020. Trong đó trà sớm khoảng 28,3%; trà chính vụ
khoảng 68%; trà muộn khoảng 3,7%.
6


1.3. Thành phần ngun liệu có trong phụ phẩm nơng nghiệp
Nguồn nguyên liệu

Cellulose
(%)
40-55
45-50
25-30
45
85-99
32.1
30
15-20
80-95
45

Hemicellulose
(%)
24-40
25-35

25-30
35
0
24
50
80-85
5-20
31.4

Lignin (%)

Thân gỗ cứng
Thân gỗ mềm
Vỏ lạc
Lõi ngô
Giấy
Vỏ trấu
Vỏ trấu của lúa mì
Lá cây
Hạt bơng
Cỏ mềm
Các loại cỏ (trị số trung bình
25-40
25-50
cho các loại)
Bảng 1.2. Ngun liệu có trong phụ phẩm nơng nghiệp

18-25
25-35
30-40

15
0-15
18
15
0
0
12.0
10-30

Trong 3 thành phần chính của lignocelluloses, lignin là khó phân hủy nhất. Đây
cũng chính là rào cản sự tấn công của các enzyme khác vào thủy phân hiệu quả
hemicelluloses và cellulose.
1.3.1. Cellulose
1.3.1.1. Tổng quan về Cellulose
Cellulose là phân tử hữu cơ phong phú nhất trên trái đất, được tìm thấy trong
thực vật, chiếm 40% thành tế bào thực vật. Trong thành tế bào thực vật, nó được sắp
xếp trong các lớp khác nhau và dùng để phân biệt thành các bức tường chính và phụ.
Cellulose là thành phần chính của sinh khối thực vật cũng như đại diện cho các
polymer ngoại bào của vi sinh vật. Hằng năm một lượng lớn sinh khối cellulose (1,5
x 1012 tấn) được tạo thành chủ yếu từ quá trình quang hợp.
Cellulose được cấu tạo từ các gốc -D glucopyranose được liên kết với nhau
bằng liên kết 1,4 glucoside, công thức cấu tạo là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n,
trong đó n có thể nằm trong khoảng 5000-14000, là thành phần chủ yếu tạo nên vách
tế bào thực vật (Đinh Văn Hùng và Trần Văn Chiến, 2007).

7


Hình 1. 2. Các mắt xích trong -D-Glucose trong cellulose
Nguồn: Duarte (2015)

Cellulose là hợp chất phức tạp, bền vững không tan trong nước và trong nhiều
dung môi hữu cơ, không chịu tác dụng của các dung dịch axit và kiềm lỗng,
Cellulose dễ dàng bị phân hủy khi bị đun nóng bằng dung dịch acid hoặc kiềm đặc.
Ngồi ra cellulose cịn bị thủy phân bởi enzyme cellulase. Các ứng dụng này có thể
giúp ích cho nhiều ngành cơng nghiệp như sản xuất chế phẩm vi sinh, phân bón hữu
cơ, nhiên liệu, thực phẩm, thức ăn gia súc, …
1.3.1.2. Tổng quan về enzyme Cellulase
Các hợp chất có nguồn gốc cellulose được vi sinh vật phân hủy bằng nhiều
enzyme khác nhau. Cellulase thủy phân cellulose tạo ra sản phẩm chính là cellobiose,
glucose và cello-oligosaccharides. Dựa vào đặc điểm cơ chất và cơ chế hoạt động
phân cắt, hệ thống enzyme cellulase được chia thành 3 loại enzyme chính: Endo-1,4-cellulase, Cellobiohydrolase và -glucosidase.

8


Hình 1. 3. Quá trình phân giải cellulose của enzyme cellulase


Endo--1,4-cellulase

Endo--1,4-cellulase cịn có tên gọi khác là endo-1,4--D-glucan 4glucanohydrolase. Enzyme này có khối lượng phân tử khoảng 42-49 kDa. Chúng
hoạt động ở nhiệt độ khá cao và tham gia phân giải liên kết -1,4 glucosid trong
cellulose trong lichenin và -D-glucan. Sản phẩm của quá trình phân giải là
cellodextrin, cellobiose và glucose.


Cellobiohydrolase

Enzyme Cellobiohydrolase cịn có tên gọi khác là 1,4--D-glucan
cellobioydrolase. Enzyme này cắt đầu không khử của chuỗi cellulose để tạo thành

cellobiose. Khối lượng phân tử của các enzyme thuộc nhóm này trong khoảng 53-75
kDa. Các enzyme này khơng có khả năng phân giải cellulose dạng kết tinh mà chỉ
làm thay đổi tính chất hóa lý của chúng.
.


-glucosidase

-glucosidase cịn có tên gọi khác là p-nitrophenyl β-glucosidase. Enzyme này
có khả năng hoạt động ở pH rất thấp (pH 4,4-4,8), khối lượng phân tử trong khoảng
50-98 kDa và có thể hoạt động ở nhiệt độ cao. -glucosidase tham gia phân hủy
cellobiose, tạo thành glucose. Enzyme thủy phân cellulose có thể tách thành nhiều
9


thành phần, chẳng hạn như enzyme cellulase của vi sinh vật có thể bao gồm một hoặc
nhiều cellobiohydrolase, một hoặc nhiều endo--1,4-cellulase và có thể có glucosidase. Hệ thống hồn chỉnh bao gồm cellobiohydrolase cellulase, endo--1,4cellulase và -glucosidase phối hợp để chuyển đổi cellulose thành glucose. Các
enzyme exo-cellobiohydrolases và endocellulases cùng hoạt động để thủy phân
cellulose thành các đoạn ngắn oligosaccharides. Các oligosaccharides (chủ yếu là
cellobiose) sau đó được thủy phân để tạo ra glucose bằng -glucosidase (Henrissat
và cs., 1994).
1.3.1.3. Các vi sinh vật phân giải Cellulose


Nấm

Nấm là sinh vật có cơ chế sinh hóa độc đáo trong phân giải cơ chất tạo ra sản
phẩm bậc hai đặc biệt, đây là nhóm được nghiên cứu nhiều nhất trong lĩnh vực phân
hủy cellulose. Các cellulase từ nấm thường có hoạt lực cao và dường như khơng có
các dạng vật lý phức tạp như enzyme này từ vi khuẩn.

Acremonium spp., Chaetomiumspp., Trichodermaviride, Phanerochaete
chrysosporium, Fusarium solani, Trichoderma koningii, Fusarium oxysporium,
Aspergillus terreus, Rhizopus oryzae… các lồi nấm này có vai trị quan trọng trong
quỳ trình phân hủy cellulose ở nhiều mơi trường khác nhau (Shahriarinour M. và cs,
2011).


Vi Khuẩn

Trong những vi sinh vật được tìm thấy có khả năng phân giải cellulose, vi khuẩn
kị khí có hiệu quả sử dụng enzyme hơn các vi khuẩn hiếu khí. Các vi khuẩn hiếu khí
sản sinh lượng lớn enzyme, vi khuẩn kị khí thì tiết kiệm hơn. Điều này là do ở vi
khuẩn kị khí có hình thành một lớp cơ quan bên ngoài tế bào của chúng và giúp phân
giải cellulose được gọi là cellulosome (Bayer E.A và cs, 2004).
Những loài vi khuẩn phân giải cellulose quan trọng là Bacteroides
succinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens, Ruminoccocus flavefaciens, Ruminococcus
10


albus, Cillobacterium cellulosolven...những lồi này thuộc nhóm có số lượng lớn
nhất trong dạ cỏ của gia súc sử dụng khẩu phần chính là cellulose (Schwarz, 2001).
Ruminoccocus flavefaciens là một loại vi khuẩn gram dương sinh ra phức hệ
enzyme bám vào thành tế bào thực vật và xúc tác cho các hoạt động khác nhau
(Schwarz, 2001).


Xạ khuẩn

Xạ khuẩn Actinomycetes là vi khuẩn gram (+) có dạng sợi như nấm. Chúng
là vi sinh vật hiếu khí có mặt khắp nơi trong tự nhiên. Xạ khuẩn còn được biết

đến nhiều bởi các sản phẩm chuyển hóa bậc hai, nổi bật là các loại kháng sinh
như streptomycin, gentamicin, rifamycin và erythomycin. Ngoài ra chúng cịn
được biết đến với vai trị quan trọng trong cơng nghiệp dược phẩm cũng như
trong nông nghiệp.
Streptomyces là giống chủ đạo trong xạ khuẩn, đây cũng là vi sinh vật sản sinh
cellulase được quan tâm nghiên cứu. Một số loài dáng chú ý thuộc giống này như
Streptomyces reticuli, Streptomyces drozdowiczii, Streptomyces lividans (Kluepfel
D. và cs, 1986).
1.3.1.4. Một số ứng dụng của Cellulase
Cellulase là thành phần cơ bản của tế bào thực vật vì vậy nó có mặt tại mọi loại
rau quả, nguyên liệu, phế liệu của ngành trồng trọt. Cung cấp thức ăn cho động vật
và con người. Chính vì vậy cellulase có vai trị vơ cùng quan trọng trong nhiều ngành
công nghiệp, sản xuất, chế biến khác nhau.
 Trong ngành dệt may: được dùng làm sợi để chế biến thành vải khác
nhau như rayon, satin, acetate và triacetate. Nó nổi bật với chi phí thấp,
độ sáng và vẻ đẹp mà nó mang lại cho quần áo. Cellulose acetat thường
được dùng làm áo sơ mi, áo thun, váy đầm, cà vạt, đồ lót. Ngồi ra cịn
dùng làm áo mưa và làm dù che.
 Trong y tế: được sử dụng trong các thiết bị hình trụ đáp ứng chức năng
của một thiết bị chạy thận nhân tạo.
11


 Trong sản xuất cơng nghiệp: Nó được sử dụng trong sản xuất hộp đựng
thuốc lá, dây cáp điện, sơn mài, sản xuất đồ vật bằng nhựa, giấy và các
tông, sản xuất các bộ phận động cơ và khung gầm của các loại xe khác
nhau trong ngành công nghiệp ô tơ.
 Trong sản xuất kính: dùng để làm chất liệu lót kính màn hình máy tinh,
màn hình điện thoại di động và các loại màn hình khác. Cellulose acetate
cịn là chất liệu làm nên các gọng kính đeo mắt khá bền và đẹp.

 Trong ngành nghệ thuật và phim ảnh: sử dụng làm phim mỏng cho
phim, nhiếp ảnh và băng từ.
 Trong nghiên cứu: sử dụng rộng rãi trong các phịng thí nghiệm khoa
học và nghiên cứu giúp sản xuất các bộ lọc xốp, như là một hỗ trợ cho
màng cellulose acetate để thực hiện quá trình điện di hoặc trao đổi thẩm
thấu. Nó cịn dùng để làm giấy lọc trong thí nghiệm.
1.3.2. Lignin
1.3.2.1. Tổng quan về Lignin
Lignin là một loại polymer thơm tự nhiên, lignin được tìm thấy trong thực vật,
phụ phẩm nông nghiệp và nhiều nơi khác. Phân tử lignin khơng có tính đồng nhất,
tạo liên kết với hemicellulose và bao quanh cellulose thông qua liên kết este trong
thực vật để cung cấp độ cứng và bảo vệ thành tế bào. Là loại polyme hữu cơ phức
tạp tạo thành vật liệu cấu trúc quan trọng trong các mô năng đỡ của hầu hết các loài
thực vật. Lignin đặc biệt quan trọng trong việc hình thành tế bào, đặc biệt là trong gỗ
và vỏ cây, vì chúng có độ cứng và không dễ thối rữa. Là một trong những polyme
hữu cơ phong phú nhất trái đất chỉ sau cellulose. Đặc biệt nó có nguồn sinh khối quy
mơ lớn duy nhất có tính thơm. Thành phần và cấu trúc của lignin thay đổi tùy theo
nguồn gốc của chúng. Lignin tạo thành 30% cacbon hữu cơ khơng hóa thạch và 20
– 35% khối lượng khô của gỗ.

12


Hình 1. 4. Cấu trúc phân tử Lignin
Lignin là một polyme khơng đồng nhất có nguồn gốc từ một số lignol tiền chất
có liên kết chéo theo nhiều cách khác nhau. Các lignol liên kết chéo có ba loại chính
tất cả đều có nguồn gốc từ phenylpropan: rượu coniferyl (4-hydroxy-3metoxyphenylpropan) (gốc G gọi là guaiacyl), rượu sinapyl (3,5-dimethoxy-4hydroxyphenylpropan) (gốc S gọi là syringyl), và rượu paracoumaryl (4hydroxyphenylpropane) (gốc H gọi là 4-hydroxyphenyl).
Lignin là một hợp chất tự nhiên, có cấu trúc phức tạp, đa dạng và rất khó bị
phân hủy. Xử lý bằng biện pháp hóa học và sử dụng các chất đã được tiến hành, xong
hiệu quả còn hạn chế do chi phí cao và thường gây ra những tác hại xấu về mặt môi

trường.
1.3.2.2. Các enzyme phân giải Lignin
Các enzyme chính thủy phân lignin bao gồm peroxidase chứa nhóm heme là:
lignin peroxidase (LiP), mangan peroxidase (MnP), peroxidase đa năng và phenol
oxidase (Laccase)


Lignin peroxidase (LiP)

Cấu trúc hóa học của lignin peroxidase (LiP) là đơn phân glycoprotein, cấu trúc
tinh thể được tạo thành từ các xoắn α, có 2 ion canxi và 4 liên kết disulfua để ổn định
cấu trúc ba chiều. LiP gián tiếp phân hủy lignin thông qua việc oxy hóa rượu veratryl
thành gốc cation khuếch tán tương ứng như một chất oxy hóa trực tiếp trên lignin.
Vị trí hoạt động của LiP bao gồm một nguyên tử sắt chứa heme. Hai điện tử của
13


enzyme sắt nguyên sinh bị H2O2 oxy hóa để tạo thành hợp chất thứ nhất, enzyme này
nhận một điện tử để tạo thành hợp chất thứ hai. Cuối cùng, hợp chất thứ hai này được
đưa trở lại trạng thái sắt nguyên sinh nghỉ bằng cách nhận thêm một điện tử từ chất
khử (Francesca GM, và cs, 2001).

Hình 1. 5. Cơ chế hoạt động của Lignin peroxidase


Mangan peroxidase (MnP)

MnP có cấu trúc hình cầu chứa 11-12 vịng xoắn α, tùy thuộc vào lồi mà nó
được tạo ra. MnP được ổn định bởi 10 gốc axit amin cystine tạo thành 5 cầu nối
disulfua, một trong số đó nằm gần khu vực đầu cuối C. Vị trí hoạt động chứa đồng

yếu tố heme được liên kết bởi hai ion Ca2+ , một ở trên và một ở dưới heme. Gần
heme propionat bên trong là bagốc axit được sử dụng để ổn định Mn (II) hoặc Mn
(III) khi nó liên kết với enzym. Các dư lượng cụ thể khác nhau giữa các loài, nhưng
số lượng và vị trí tương đối của chúng trong protein gấp lại được bảo tồn. Có tổng
cộng 357 gốc axit amin trong MnP của P. chrysosoporium và một số tương tự trong
các enzyme do các loài basidiomycetes khác tạo ra.

14


Hình 1. 6. Cơ chế hoạt động của Mangan peroxidase
Chức năng chính của ion Mn (III) được tạo ra bởi MnP là q trình oxy hóa và
phân hủy lignin. Vì mục đích này, các tế bào cơ bản tiết ra MnP, chứ khơng phải Mn
(III), và enzym này có chức năng bên ngoài tế bào nấm. Các ion Mn (III) từ MnP có
thể oxy hóa trực tiếp các hợp chất phenol trong lignin, nhưng chúng cũng có thể oxy
hóa một số hợp chất lưu huỳnh hữu cơ và axit béo khơng no . Q trình oxy hóa này
tạo thành các gốc thiyl và peroxyl, khi có mặt O2 , có thể oxy hóa lignin hoặc phản
ứng với nước để tạo thành H2O2. Bản thân ion Mn3+ có thể phân hủy lignin bằng cách
phân cắt và sự oxy hóa α-cacbon trong phenol (Jayasinghe PA và cs, 2011).


Peroxidase đa năng (VP)

VP là một enzyme phân giải lignin độc đáo được tìm thấy từ nấm thối. VP được
gọi là peroxidase lai, peroxidase đa năng có khả năng oxy hóa các chất nền điển hình
của các peroxidase basidiomycete khác: Mn (2+), chất nền mangan peroxidase
(MnP) Mn (3+) có khả năng oxy hóa phenol và bắt đầu lipid phản ứng peroxy hóa,
rượu veratryl (VA), chất nền lignin peroxidase (LiP) điển hình, phenol đơn giản, là
chất nền của Coprinopsis cinerea peroxidase (CIP). Các nghiên cứu về tinh thể học,
quang phổ, đột biến định hướng và động học cho thấy rằng các đặc tính 'lai' này là

do cùng tồn tại trong một protein đơn ở các vị trí xúc tác khác nhau gợi nhớ đến các
protein có trong các họ peroxidase basidiomycete khác (Ruiz-Dueñas FJ và cs,
2009).
15