Nghiên cứu xử lý vỏ cà phê bằng vi sinh vật để sản xuất giá thể trồng rau sạch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

NGUYỄN MẬU NGHĨA

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ VỎ CÀ PHÊ BẰNG VI SINH VẬT
ĐỂ SẢN XUẤT GIÁ THỂ TRỒNG RAU SẠCH

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÃ NGÀNH: 8420201

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN NHƯ NGỌC

Gia Lai, 2023


i
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tư do - Hạnh phúc
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan tất cả những kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và chưa được công bố. Nếu sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm.
Mọi trích dẫn trong đề tài đều đã được ghi rõ nguồn gốc.
Gia Lai, ngày 28 tháng 8 năm 2023
NGƯỜI CAM ĐOAN

Nguyễn Mậu Nghĩa


ii
LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành được đề tài này, tơi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ,
hướng dẫn, hỗ trợ và tạo điều kiện của: TS. Nguyễn Như Ngọc, tồn thể cán
bộ Viện Cơng nghệ sinh học Lâm nghiệp, phòng Đào tạo sau Đại học, Ban
Giám đốc Phân hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp tại tỉnh Gia Lai, Ban Giám
hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp...
Gia Lai, ngày 28 tháng 8 năm 2023
TÁC GIẢ

Nguyễn Mậu Nghĩa


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................... ii
MỤC LỤC .............................................................................................iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................... vii
MỞ ĐẦU................................................................................................. 1
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................... 3
1.1. Thực trạng ngành sản xuất cà phê ở Việt Nam ..................................... 3
1.2. Tình trạng vỏ cà phê và công nghệ xử lý ............................................. 4

1.2.1. Trên thế giới ..................................................................................... 4
1.2.2. Ở Việt Nam....................................................................................... 6
1.3. Nhu cầu giá thể trồng rau sạch ở đô thị Việt Nam ................................ 9
1.4. Tổng quan về giá thể hữu cơ ................................................................. 9
1.5. Tình hình sản xuất giá thể hữu cơ từ phế phụ phẩm ........................... 10
1.5.1. Tình hình nghiên cứu về sản xuất giá thể hữu cơ trên thế giới ..... 10
1.5.2. Nghiên cứu và phát triển giá thể hữu cơ ở Việt Nam .................... 12
Chương 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU13
2.1. Mục tiêu của đề tài .............................................................................. 13
2.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................... 13
2.3. Đối tượng, vật liệu nghiên cứu ............................................................ 13
2.3.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................... 13
2.3.2. Dụng cụ và hóa chất ...................................................................... 13
2.3.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ................................................. 14
2.4. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 14
2.4.1. Phương pháp xác định một số chất trong vỏ cà phê ..................... 14
2.4.2. Phương pháp phân lập và tuyển chọn vi sinh vật hữu ích từ vỏ cà phê .14


iv
2.4.3. Phương pháp xác định đặc tính sinh hóa và định tên các chủng
tuyển chọn ................................................................................................ 16
2.4.4. Quy trình xử lý vỏ cà phê thành giá thể hữu cơ ............................ 20
2.4.5. Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu dinh dưỡng của giá thể hữu cơ
từ vỏ cà phê .............................................................................................. 22
2.4.6. Phương pháp đánh giá hiệu quả của giá thể hữu cơ từ vỏ cà phê 23
2.4.7. Phương pháp thu thập và xử lý kết quả ......................................... 24
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................... 24
3.1. Kết quả xác định thành phần các chất của nguyên liệu vỏ cà phê ...... 24
3.2. Kết quả phân lập và tuyển chọn vi sinh vật hữu ích từ vỏ cà phê ...... 25

3.2.1. Kết quả phân lập vi sinh vật từ mẫu vỏ cà phê.............................. 25
3.2.2. Kết quả tuyển chọn các chủng hữu ích .......................................... 28
3.2.3. Đặc điểm sinh hóa và định tên các chủng tuyển chọn .................. 33
3.3. Kết quả xây dựng quy trình xử lý vỏ cà phê thành giá thể ................. 38
3.3.1. Lên men thu sinh khối chủng vi sinh vật........................................ 38
3.3.2. Kết quả phối trộn sinh khối vi sinh vật để xử lý vỏ cà phê ............ 40
3.4. Kết quả đánh giá hiệu quả sử dụng của giá thể hữu cơ từ vỏ cà phê
trên rau mầm............................................................................................... 44
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................... 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................... 48
PHỤ LỤC


v

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Viết đầy đủ

CMC

Cacboxyl metyl cellulose

CT
DNA

Công thức
Deoxy ribo nucleic acid

ĐC

Đối chứng

IAA

Indole acetic acid

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

NCBI

National Center for
Biotechnology
Information

NA

Nutrient Agar

NT

Nghiệm thức

PCR

Polymerase chain reaction

PDA

Potato Dextrose Agar

VSV

Vi sinh vật

V/P

Vòng/phút


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Xác định các chất trong vỏ cà phê ................................................... 14
Bảng 2.2. Thành phần phản ứng PCR ............................................................. 17
Bảng 2.3. Thành phần phản ứng PCR gen ITS ............................................... 19
Bảng 2.4. Chu trình nhiệt của phản ứng PCR mồi ITS................................... 19
Bảng 2.5. Các công thức ủ giá thể từ vỏ cà phê.............................................. 22
Bảng 2.6. Các chỉ tiêu dinh dưỡng trong giá thể hữu cơ từ vỏ cà phê............ 22
Bảng 2.7. Bố trí thí nghiệm trồng rau cải với giá thể hữu cơ từ vỏ cà phê..... 23
Bảng 3.1. Thành phần các chất trong vỏ cà phê (%) ...................................... 24
Bảng 3.2. Đặc điểm của các chủng vi sinh vật được phân lập từ vỏ cà phê ... 25
Bảng 3.3. Đường kính vịng phân giải cơ chất của các chủng ........................ 28
Bảng 3.4. Khả năng sinh tổng hợp IAA của các chủng .................................. 30
Bảng 3.5. mật độ tế bào chủng trong môi trường Norris ................................ 32
Bảng 3.6. Hàm lượng NH4+ trong dịch nuôi cấy các chủng .......................... 32
Bảng 3.7. Đặc điểm sinh hóa của chủng tuyển chọn ...................................... 33

Bảng 3.8. Mức độ tương đồng đoạn gen 16S rRNA của chủng CF2 với trình
tự mẫu gen trên Ngân hàng sữ liệu gen NCBI ................................................ 33
Bảng 3.9. Mức độ tương đồng đoạn gen 16S rRNA của chủng CF4 với trình
tự mẫu gen trên Ngân hàng sữ liệu gen NCBI ................................................ 35
Bảng 3.10. Mức độ tương đồng đoạn gen ITS1-5,8S-ITS2 của mẫu nấm CF17
với trình tự mẫu gen trên Ngân hàng sữ liệu gen NCBI ................................. 36
Bảng 3.11. Các thông số đống ủ vỏ cà phê sau khi phối trộn hỗn hợp sinh
khối .................................................................................................................. 41
Bảng 3.12. Kết quả phân tích chất lượng giá thể ............................................ 43
Bảng 3.13. Chất lượng rau mầm trên giá thể hữu cơ từ vỏ cà phê ................. 44


vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Kim ngạch xuất khẩu cà phê của Việt Nam 2009-2022 ................... 3
Hình 2.1 Chu trình nhiệt phản ứng PCR ......................................................... 18
Hình 2.2. Sơ đồ ủ nguyên liệu vỏ cà phê và hỗn hợp sinh khối ..................... 21
Hình 3.1. Một số hình ảnh về hoạt tính phân giải cơ chất của các chủng ...... 30
Hình 3.2. Cây phân loại mẫu vi khuẩn CF2 .................................................... 34
Hình 3.3. Cây phân loại mẫu chủng vi khuẩn CF4 ......................................... 36
Hình 3.4 Cây phát sinh lồi mẫu nấm CF17 ................................................... 38
Hình 3.5. Đường cong sinh trưởng của chủng vi khuẩn CF2 và CF4 ............ 39
Hình 3.6 Đường cong sinh trưởng của chủng CF17 ....................................... 40
Hình 3.7. Một số thí nghiệm trồng rau cải mầm trên giá thể .......................... 45


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là nước xuất khẩu cà phê lớn thứ hai trên thế giới. Theo
thống kê, diện tích cà phê hiện nay đạt trên 664.000 ha, năng suất khoảng 27
tạ/ha, sản lượng đạt xấp xỉ 1,9 triệu tấn, kim ngạch xuất khẩu khoảng 3,5 tỷ
USD, chiếm 14% thị phần thế giới [1]. Theo số liệu của Bộ Công thương,
trong tháng 8/2022, Việt Nam xuất khẩu 112.531 tấn cà phê với kim ngạch
266 triệu USD, tăng 13% về kim ngạch so với tháng 8/2021. Với lượng cà
phê nhân xuất khẩu khổng lồ như vậy, lượng vỏ cà phê được thải ra trong
nước, đặc biệt là tại Tây Nguyên mỗi năm trên 1.000.000 tấn [2].
Theo tính tốn của các chun gia, với sản lượng vỏ cà phê khô khổng
lồ như vậy được thải ra, tuy là nguyên liệu rất có giá trị cho một vài ngành sản
xuất công nghiệp, nhưng đến nay vẫn chưa được tận dụng triệt để... Hiện nay,
lượng lớn vỏ cà phê thường được đốt hoặc đổ thẳng ra vườn cà phê khơng qua
xử lý nên q trình phân hủy tự nhiên chậm, gây ô nhiễm môi trường, gây
bệnh hại cho vụ trồng sau và rất và lãng phí. Do vỏ cà phê có chứa nhiều
caffein và tanin là những chất có khả năng ức chế vi sinh vật, làm chậm quá
trình phân hủy trong môi trường tự nhiên (chỉ sau thời gian đến hai năm mới
phân hủy). Tuy nhiên, vỏ cà phê lại rất giàu lignocellulose và một số chất
khoáng, đây là nguyên liệu lý tưởng để có thể làm giá thể trồng các loại rau,
hoa và cây ngắn ngày [8].
Trong những năm gần đây, tốc độ đơ thị hóa ở Việt Nam ngày càng
nhanh. Diện tích đất trồng trọt bị thu hẹp. Việc tìm kiếm các khoảng khơng
gian ở thành phố để trồng rau sạch, hoa, cây cảnh là vấn đề nan giải. Việc
trồng rau trong các thùng xốp không cịn xa lạ với các hộ gia đình tại các đơ
thị của Việt Nam. Chính vì vậy, việc trồng cây trên giá thể (trồng cây không
cần đất) đã từng bước được phát triển ở Việt Nam. Đây thực chất là một kỹ


2
thuật trồng cây không dùng đất mà cây được trồng trực tiếp trên các giá thể
hữu cơ hay giá thể trơ cứng có tưới dung dịch dinh dưỡng. Đề tài: “Nghiên

cứu xử lý vỏ cà phê bằng vi sinh vật để sản xuất giá thể trồng rau sạch” được
thực hiện nhằm tìm ra những điều kiện quy trình tốt hơn, đơn giản hơn, dễ
dàng thực hiện tại nhà để phục vụ cho khu vực đô thị, chung cư, nhà cao tầng
có thể tự tạo ra những loại rau sạch với giá thành thấp góp phần phát triển
kinh tế và bảo vệ môi trường.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.1. Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp các dẫn liệu khoa học nghiên
cứu về việc tận dụng các phụ phế phẩm trong nông nghiệp, cụ thể là vỏ cà phê
để sản xuất giá thể hữu cơ bằng phương pháp sử dụng các chủng vi sinh vật.
2.2. Ý nghĩa thực tiễn

Tận dụng vỏ cà phê để sản xuất giá thể hữu cơ có ý nghĩa lớn trong giải
quyết phụ phế phẩm của q trình chế biến cà phê, giảm thiểu ơ nhiễm mơi
trường và góp phần tăng giá trị kinh tế của quá trình này và phục vụ nhu cầu
về giá thể hữu cơ trồng rau sạch và trồng hoa cho người dân ở vùng đơ thị
khơng có diện tích đất canh tác.
3. Phạm vi nghiên cứu

Đề tài tập trung vào nghiên cứu xử lý vỏ cà phê để sản xuất giá thể hữu
cơ trồng rau và đánh giá hiệu quả của giá thể hữu cơ từ vỏ cà phê trên một số
loại rau.
Đề tài nghiên cứu được thực hiện ở Phân hiệu Trường Đại học Lâm
nghiệp tại tỉnh Gia Lai. Viện Công nghệ sinh học Lâm nghiệp, Trường Đại
học Lâm nghiệp.


3
Chương 1.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Thực trạng ngành sản xuất cà phê ở Việt Nam
Trong 30 năm qua, ngành cà phê Việt Nam đạt được kết quả tăng
trưởng ngoạn mục. Năm 1991, sản lượng cà phê Việt Nam mới chỉ đạt 1% thị
phần thế giới, nhưng đến nay sản lượng xuất khẩu cà phê của Việt Nam bình
quân đạt 1,5 - 1,8 triệu tấn năm, kim ngạch xuất khẩu luôn tăng trưởng trong
những năm qua. Theo tính tốn của Bộ Công thương, kim ngạch xuất khẩu cà
phê năm 2022 đã đạt mức kỷ lục với 4 tỷ USD và đà tăng có thể kéo dài sang
năm 2023 [2, 4].
Hiện nay, cà phê Việt Nam đã có mặt tại 80 quốc gia và vùng lãnh thổ
trên thế giới, tập trung chủ yếu ở những thị trường lớn như Đức, Hoa Kỳ, Tây
Ban Nha, Ý, Bỉ và Anh và các thị trường mới nổi như: Trung Quốc, Nga, Hàn
Quốc, Nhật Bản, Đài Loan, Philippines, Thái Lan… Ngành cà phê Việt Nam
đang triển khai đề án cơ cấu lại để nâng cao giá trị và hướng tới mục tiêu xuất
khẩu 6 tỷ USD vào năm 2030 [2, 4].

Hình 1.1. Kim ngạch xuất khẩu cà phê của Việt Nam 2009-2022
Ngoài xuất khẩu, thị trường nội địa cũng được xem là tiềm năng tiêu
thụ các sản phẩm cà phê chế biến.
Đối với vị thế là nước xuất khẩu cà phê lớn thứ hai trên thế giới với sản
lượng xuất khẩu khổng lồ, số lượng các cơ sở chế biến cà phê ngày càng tăng


4
về số lượng và quy mô sản xuất với 97 cơ sở chế biến cà phê nhân với tổng
công suất thiết kế 1,5 triệu tấn/năm [17].
1.2. Tình trạng vỏ cà phê và công nghệ xử lý

1.2.1. Trên thế giới
Vỏ cà phê là nguyên liệu sinh khối thuộc nhóm lignocellulose, chủ yếu

bao gồm các nguyên tố sống thiết yếu (C, H, O và N), chủ yếu tạo thành
cellulose (59,2 - 62,94wt%), hemicellulose (5 - 10wt%), và lignin (19,8 26,5wt%) [5, 6]. Hơn nữa, loại chất thải này thường có một số nguyên tố
được coi là vi chất vô cơ như canxi, magie, natri nhưng nồng độ của chúng
thường nhỏ hơn 5,0% trọng lượng khô [41].
Với lượng lớn chất thải vỏ cà phê từ ngành công nghiệp chế biến cà phê
đặc biệt là Vỏ cà phê là chất thải rắn chủ yếu từ quá trình xử lý và chế biến cà
phê, vì cứ mỗi kg nhân cà phê được sản xuất, khoảng một kg vỏ trấu cà phê
được tạo ra, đây là nguồn chất thải khổng lồ và đang gây ra trở ngại lớn đối
với môi trường trên thế giới [39]. Do đó, các nhà khoa học trên thế giới đã tập
trung nghiên cứu các hướng tận dụng hoặc tái sử dụng đối với chất thải này.
Hàng loạt những cơng trình nghiên cứu về việc tái xử lý và tận dụng vỏ cà
phê đã được thực hiện như trong nghiên cứu của tác giả Rathinavelu R và
cộng sự, vỏ lụa cà phê khô được xay thành bột và trộn vào thức ăn cho các
loại động vật như: Lợn, gà, cá, cừu, thỏ… Các thử nghiệm cho ăn bao gồm
việc xác định mức tăng trọng cơ thể hàng ngày, chất khô hàng ngày lượng ăn
vào và hiệu quả chuyển hóa thức ăn. Lợn được nuôi bằng khẩu phần chứa tới
15% vỏ lụa cà phê ủ với 5% mật đường có tổng khối lượng tăng tương đương
hoặc tốt hơn so với lợn ăn thức ăn tinh công nghiệp [54]. Hoặc trong nghiên
cứu của tác giả Didanna HL, vỏ cà phê cũng được tận dụng để sản nghiên cứu
bổ sung vào khẩu phần thức ăn chăn ni cho động vật nhai lại [39].
Mặc dù có cho thấy hiệu quả, xong hướng tận dụng vỏ cà phê này còn
rất hạn chế về số lượng và chưa được áp dụng rộng rãi trên quy mơ lớn vì vỏ


5
cà phê cũng chứa tới 18% lignin, silica và các hợp chất khác. Do đó, để thực
hiện được việc tận dụng vỏ cà phê làm thức ăn gia súc cần phải thực hiện
cùng lúc với nhiều phương pháp để nâng cao hiệu quả của việc phân giải các
hợp chất này [39, 54].
Trong nghiên cứu khác của tác giả Gouvea BM và cộng sự, khi đánh

giá tính khả thi của việc sản xuất ethanol bằng cách lên men vỏ cà phê bởi
nấm men Saccharomyces cerevisiae. Các nghiên cứu lên men đã được thực
hiện bằng cách sử dụng vỏ cà phê nguyên hạt và dịch chiết nước từ vỏ cà phê
xay. Tác giả thấy rằng có thể thu được sản lượng ethanol là 8,49g/100g chất
khô (13,6g ethanol/l), đây là một giá trị khả quan khi so sánh lên men thu
ethanol từ các chất thải khác như thân cây ngô, rơm lúa mạch và bã lúa mì
thủy phân (với 5 - 11g ethanol/l). Đây là hướng đi khả quan có thể tận dụng
vỏ cà phê để sản xuất ethanol sinh học [44].
Ngoài ra, vỏ cà phê còn được nhiều tác giả khác nghiên cứu hàng loạt
những hướng ứng dụng khác như: sử dụng vỏ lụa làm vật liệu hấp phụ kim
loại nặng, dùng làm nguyên liệu để chiết xuất hợp chất chống ô xi hóa, chiết
xuất cacbonhydrat chức năng hay tanin, chiết xuất thu hồi caffein, thu hồi các
hợp chất phenol, sử dụng như tác nhân kháng vi sinh vật gây
hại…[40,45,52,53,57].
Những nghiên cứu này vẫn đang rất được các nhà khoa học đi sâu
nghiên cứu thêm, điều này chứng tỏ vấn đề môi trường và lãng phí gây ra từ
nguồn vỏ thải cà phê là vấn đề cần được giải quyết trên thế giới. Tuy nhiên
cho đến nay những nghiên cứu này vẫn đang dừng lại ở mức quy mô nhỏ và
chỉ giải quyết được lượng rất nhỏ chất thải này.
Trong những năm gần đây, chất thải vỏ cà phê được nhiều các tác giả
khác nghiên cứu theo các hướng xử lý để sản xuất phân bón hữu cơ nhằm tận
dụng được lượng lớn và nâng cao hiệu quả tận dụng cũng như xử lý ô nhiễm
môi trường. Như trong nghiên cứu của tác giả Jiang Zeyin và cộng sự đầu


6
năm 2023, vỏ cà phê được nghiên cứu để bón lại cho cây trồng làm phân hữu
cơ. Theo đó, vỏ cà phê tươi được sấy khơ hồn tồn, sau đó được nhiệt phân
và cacbon hóa ở 4000C; hoặc vỏ cà phê tươi được đặt trong bể lên men trong
5 tuần lên men oxy cưỡng bức cơ học, và nó có màu nâu nhạt sau khi thối

hồn tồn thì bón cho đất và theo dõi trong vòng 2 năm. Kết quả cho thấy: từ
giá trị trung bình của 2 năm, đã quan sát thấy sự khác biệt đáng kể về carbon
hữu cơ trong đất, chất hữu cơ, tổng nitơ và tỷ lệ C/N [47].
Trong nghiên cứu của tác giả Kulandaivelu Velmourougane, vỏ thải cà
phê được sử dụng làm nguyên liệu cho giun đất phân hủy và chuyển hóa
thành phân trùn quế có giá trị. Kết quả cho thấy, sau hơn 3 tháng thu được sản
lượng phân trùn quế cao hơn các phương pháp sử dụng với nguyên liệu khác.
Tỷ lệ ni tơ, phốt pho, kali, canxi và magie trong phân trùn quế tăng lên đáng
kể và kết luận vỏ cà phê là nguyên liệu rất tốt cho giun đất phân hủy để sản
xuất phân hữu cơ trùn quế [49].

1.2.2. Ở Việt Nam
Trong khi các nước trên thế giới đã có những cơng trình xử lý vỏ cà
phê để sản xuất thức ăn cho gia súc gia cầm, trồng nấm ăn, ứng dụng lên men
tạo phân bón; sản xuất hương thơm tự nhiên, nghiên cứu ứng dụng nhiệt
năng... thì ở nước ta, rất ít cơng trình nghiên cứu đến việc ứng dụng của phế
phẩm này [11,50].
Tây Nguyên là vùng trồng cà phê lớn nhất của Việt Nam, bên cạnh sản
phẩm thu hoạch chính là hạt cà phê dùng cho chế biến cà phê bột và xuất
khẩu thì vỏ cà phê là nguồn phụ phẩm nơng nghiệp sẵn có với số lượng lớn
chưa được khai thác sử dụng có hiệu quả. Theo tính toán, lượng vỏ cà phê tại
Tây Nguyên mỗi năm trên 1.000.000 tấn hiện nay chưa được tận dụng thích
hợp mà thường được bỏ đi gây lãng phí và ơ nhiễm môi trường [2].
Trước đây, sau khi xay xát lấy nhân, vỏ cà phê thường được đem đốt bỏ
hoặc lấp lượng ít xuống gốc cây cà phê (phương pháp này ít có hiệu quả).


7
Trong vỏ cà phê chứa nhiều hợp chất dinh dưỡng và được đánh giá là nguồn
nguyên liệu tiềm năng khổng lồ có thể tận dụng được theo nhiều hướng.

Trong nghiên cứu của tác giả Bùi Anh Võ, vỏ cà phê được tận dụng
làm nguyên liệu để thu nhận pectin. Ở các thơng số thích hợp, lượng pectin
thu được là 16,25% so với nguyên liệu [3].
Vỏ cà phê cũng được nghiên cứu xử lý để nghiên cứu về cấu trúc và
chức năng của một số hợp chất chức năng như các sản phẩm nhiệt phân từ vỏ
cà phê: cellulose, lignin trong nghiên cứu của tác giả Trần Ngọc Thắng [18].
Tác giả Trần thị Thanh Thuần cũng nghiên cứu xử lý vỏ cà phê bằng
enzym được tổng hợp từ chủng Trichoderma viride và Aspegillus niger. Theo
tác giả này, khi xử lý vỏ cà phê có bổ sung enzym cellulase và pectinase từ
hai chủng vi sinh trên thì thời gian phân hủy vỏ cà phê diễn ra nhanh và hiệu
quả hơn so với đối chứng sau thời gian ủ 14 ngày [19].
Tác giả Lâm Trịnh Diễm Ngọc nghiên cứu về chiết xuất hoạt tính
chống oxi hóa có trong vỏ cà phê cũng cho thấy rằng, vỏ cà phê là nguồn
nguyên liệu tiềm năng để sản xuất một số hoạt chất chống oxi hóa tốt [7].
Tuy nhiên, ở trong nước cho đến hiện nay thì hướng xử lý vỏ cà phê
hiệu quả với lượng vỏ thải ra khổng lồ hàng năm đang được các nhà khoa học
quan tâm hơn cả đó là hướng tận dụng vỏ cà phê để tạo thành nguồn phân bón
hữu cơ phục vụ tái sản xuất và làm nguyên liệu cho việc trồng nấm đang được
áp dụng phổ biến.
Như trong các nghiên cứu của tác giả Trình Cơng Tư, vỏ cà phê được ủ
thành phân hữu cơ với các chế phẩm trên thị trường là Trichoderma spp và
chế phẩm Bacillus spp. Kết quả cho thấy ủ vỏ trấu cà phê với chế phẩm có tác
dụng giảm độ chua của đất, hàm lượng OC giảm từ 28,4 xuống 21,3%, C/N
giảm từ 15,3 xuống 11,3, pH tăng từ 4,8 đến 5,6 [20].
Hay như trong nghiên cứu của tác giả Vũ Văn Trường đã sử dụng chế
phẩm BioF để ủ hiếu khí đối với vỏ cà phê và vỏ hạt điều, quá trình diễn ra


8
tốt. Kết quả cho thấy rằng chất lượng phân hữu cơ tốt, nhiệt độ khối ủ dao

động trong khoảng 26,5°C - 56,2°C, độ âm dao động từ 44,5 - 60,4%, tỷ lệ N:
P: K = 1,5%: 2,1%: 1,8%, hàm lượng cacbon dao động từ 52,1 - 29,1%, độ
sụt giảm khối ủ còn lại 37,5%. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này cần phải phối
trộn thêm một số chất dinh dưỡng khác cho sản phẩm phân bón thì mới đạt
Tiêu chuẩn 10TCN 526 - 2002 [22].
Tuy nhiên, với công nghệ chế biến và xử lý vỏ cà phê đang cịn thủ
cơng và tự phát, chưa có quy trình cơng nghệ và bài bản do vỏ cà phê là
nguyên liệu rất cứng và chậm phân hủy do chứa nhiều lượng chất pectin và
cellulose. Đa số các hộ dân trồng cà phê chỉ tận dụng vỏ để ủ phân tự nhiên
hoặc có sử dụng một số chế phẩm vi sinh đã có trên thị trường nhưng không
chuyên biệt (các chế phẩm này thường sử dụng cho các đối tượng là chất thải
nông nghiệp thông thường) nên hiệu quả của việc tận dụng này vẫn đang cịn
chưa cao, đơi khi gây ra chết cây trồng vì thời gian lâu khả năng gây nhiễm
nấm bệnh lớn cho cây và cịn gây ơ nhiễm mơi trường.
Gầy đây, cũng có một số nghiên cứu về phân lập các chủng vi sinh vật
nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình phân hủy vỏ cà phê thành phân bón
hữu cơ. Như trong nghiên cứu của tác giả Đào Thị Lan Hoa khi phân lập đã
thu nhận được một số chủng vi sinh vật có năng lực phân giải tốt các hợp chất
hữu cơ trong vỏ cà phê và cũng đã thử nghiệm bước đầu năng lực phân giải
vỏ cà phê khi ủ với các chủng này cho thấy tỉ lệ C/N của mẫu vỏ cà phê được
xử lý giảm 30,66% so với công thức đối chứng. Tuy nhiên, các chủng vi sinh
vật này chưa được định tên rõ để có hướng ứng dụng thích hợp [5].
Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu về vấn đề tuyển chọn chủng cũng
mới chỉ dừng lại ở đặc tính của chủng ở khía cạnh sinh các enzym phân giải
các chất trong vỏ cà phê như: pectin, cellulose, tinh bột… nhưng chưa nghiên
cứu sâu và chưa tạo được chế phẩm vi sinh chuyên biệt cho mục đích xử lý
loại chất thải này.


9

Như vậy, để có thể tạo ra các sản phẩm như phân bón hữu cơ hoặc giá
thể hữu cơ từ nguồn nguyên liệu vỏ cà phê này một cách hiệu quả, cần phải có
các nghiên cứu về tạo và phát triển các chế phẩm vi sinh chuyên biệt.
1.3. Nhu cầu giá thể trồng rau sạch ở đô thị Việt Nam
Trong những năm gần đây, tốc độ đơ thị hóa ở Việt Nam ngày càng
nhanh. Diện tích đất trồng trọt bị thu hẹp. Việc tìm kiếm các khoảng khơng
gian ở thành phố để trồng rau sạch, hoa, cây cảnh là vấn đề nan giải. Chính vì
vậy, việc trồng cây trên giá thể (trồng cây không cần đất) đã từng bước được
phát triển ở Việt Nam. Với cách trồng cây truyền thống, chúng ta thường
trồng cây trên mơi trường đất. Có thể nói đất là mơi trường chứa nước và các
chất dinh dưỡng giúp cây hấp thụ, phát triển. Ngày nay, ngoài việc dùng đất
để trồng cây người ta còn sử dụng một phương pháp khác để trồng, đó là
trồng cây trên giá thể. Đây thực chất là một kỹ thuật trồng cây không dùng đất
mà cây được trồng trực tiếp trên các giá thể hữu cơ hay giá thể trơ cứng có
tưới dung dịch dinh dưỡng.
Với xu hướng phát triển nơng nghiệp bền vững, việc sử dụng giá thể
hữu cơ để trồng rau đã được quan tâm nhiều tại Việt Nam. Hiện nay, đã có
một số biện pháp sử dụng các loại giá thể để trồng rau sạch bằng phương pháp
thủy canh trên quy mô lớn như trấu, xơ dừa, hoặc phối trộn trấu với xơ dừa
theo các tỉ lệ khác nhau [10]. Tuy nhiên, việc nghiên cứu sử dụng vỏ cà phê
để làm giá thể hữu cơ trồng rau thì chưa có nhiều nghiên cứu ứng dụng.
1.4. Tổng quan về giá thể hữu cơ
Giá thể: Là cách gọi chung cho hỗn hợp hoặc vật liệu có khả năng cung
cấp những điều kiện thuận lợi nhất cho cây trồng phát triển. Giá thể có thể là
một nguyên liệu đơn lẻ hoặc được trộn từ nhiều nguyên liệu thô với nhau dựa
trên ưu điểm của từng loại.
Thành phần giá thể: Tùy theo đặc tính mỗi loại cây mà giá thể sẽ có
những thành phần phù hợp khác nhau. Tuy nhiên, theo các chuyên gia, giá thể

10
nền hữu cơ nên có độ pH dao động từ 5 - 6.8°. Phần đất sạch hữu cơ chiếm
60%, còn lại là phân chuồng, mùn hữu cơ (ủ mục) hoặc tro trấu.
Đặc điểm giá thể nền hữu cơ: Một giá thể hữu cơ lí tưởng để trồng trọt
phải đáp ứng đủ các tiêu chí sau: Có khả năng hút ẩm nhanh và dễ dàng. Giữ
nước và duy trì độ ẩm tốt; Tơi xốp, thống khí; Có độ pH trung tính và ổn
định; Có thể tái sử dụng hoặc phân hủy an tồn ra mơi trường; Sạch bệnh, an
tồn, khơng có nguồn lây nhiễm; Giá trị dinh dưỡng cao, đảm bảo nhu cầu
thiết yếu cho cây.
Công dụng giá thể nền hữu cơ: Giá thể nền hữu cơ đều được tiệt trùng,
đảm bảo sạch bệnh, không nhiễm nấm trước khi đưa vào canh tác. Do đó, giá
thể vơ cùng an tồn, khơng độc hại với cây trồng.
Với đặc tính tơi xốp, giá thể hữu cơ giúp giữ ẩm và các chất dinh
dưỡng hiệu quả. Đối với những khu vực có điều kiện trồng trọt khó khăn như
khơng có đất sạch canh tác, đất đai nghèo chất dinh dưỡng… thì giá thể hữu
cơ là một lựa chọn hồn hảo lúc này. Khơng chỉ vậy, giá thể có khả năng hỗ
trợ cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt. Đảm bảo sản lượng nông sản.
Ngồi ra, giá thể có thể tái sử dụng hoặc phân hủy tự nhiên. Góp phần bảo vệ
mơi trường hiệu quả [6].
1.5. Tình hình sản xuất giá thể hữu cơ từ phế phụ phẩm

1.5.1. Tình hình nghiên cứu về sản xuất giá thể hữu cơ trên thế giới
Các nhà khoa học từ lâu đã rất chú trọng nghiên cứu về việc sử dụng và
phát triển các loại giá thể để trồng các loại cây do những lợi ích to lớn và hiệu
quả kinh tế, môi trường mà chúng mang lại. Như trung tâm nghiên cứu phát
triển rau Châu Á khi nghiên cứu về giá thể cho cây con, việc sử dụng các giá
thể truyền thống như phối trộn than bùn và chất khoáng thành giá thể phù hợp
đối với sinh trưởng, phát triển của cây con.
Theo đánh giá của các chuyên gia nông nghiệp, sự gia tăng nhu cầu của
người tiêu dùng đối với các sản phẩm cây trồng hữu cơ trong những năm gần

11
đây đã được rất nhiều nhà sản xuất ở Hoa Kỳ công nhận. Khi mối quan tâm
đến sản xuất hữu cơ tăng lên, việc quan tâm áp dụng đến các phương pháp sản
xuất hữu cơ cũng được quản lý chặt chẽ trong đó có việc quản lý chất lượng
của các giá thể được sử dụng trong nuôi trồng hữu cơ [56].
Công nghệ canh tác không sử dụng đất đã được cơng nhận trên tồn cầu
về mặt hiệu quả trong sản xuất cây trồng. Việc sử dụng các vật liệu và chất nền
có tính xốp để cung cấp nước và chất dinh dưỡng cho cây trồng. Tuy nhiên, cho
tới thời gian gần đây các nhà khoa học khi lựa chọn các loại vật liệu thành phần
trong giá thể trồng trọt chủ yếu lại dựa trên việc cân nhắc về hiệu suất và tính
kinh tế kết hợp với khía cạnh bảo vệ môi trường và như vậy các nghiên cứu hiện
nay tập trung nhiều vào các nguồn vật liệu tái tạo từ các dịng chất thải nơng
nghiệp, cơng nghiệp và đơ thị. Một số những nghiên cứu thực nghiệm đã được
tiến hành ở cấp độ thử nghiệm và một số ít được đưa lên quy mô lớn hơn [42].
Tác giả Bita Wisdom và cộng sự đã nghiên cứu phối trộn giá thể hữu
cơ từ vỏ thơng với chất khống để đánh giá hiệu quả khi trồng rau cải củ trên
khay nổi không cần đất cho thấy rằng: Với việc phối trộn vỏ thơng trong giá
thể chứa khống thúc đẩy tăng tổng độ xốp và làm giảm tỉ lệ thối củ cải [37].
Tác giả Jie Feng và cộng sự nghiên cứu sử dụng rơm ủ để thay thế cho
vật liệu than bùn trong giá thể trồng rau. Kết quả cho thấy rằng, trong tất cả
các nghiệm thức có bổ sung rơm ủ để trồng cây đều cải thiện về tốc độ tăng
trưởng và nguyên tố dinh dưỡng so với đối chứng [48].
Trong nghiên cứu gần đây, tác giả Danilo Escobar-Avello đã sử dụng
chất xơ từ vỏ cây thông và vỏ cây bạch đàn để ủ giá thể hữu cơ sau khi được
xử lý bằng nước 70oC trong 70 phút để loại bỏ nước và thành phần gây độc
Theo dõi sự nảy mầm và tăng trưởng của hạt giống củ cải và cải thảo trên giá
thể từ vỏ bạch đàn và vỏ thông cho thấy: khi kết hợp 75% chất xơ chiết xuất
từ bạch đàn và 25% giá thể thương mại như than bùn, xơ dừa, rêu và vỏ thông

ủ cho kết quả phù hợp nhất đối với sự nảy mầm của hạt [38].


12

1.5.2. Nghiên cứu và phát triển giá thể hữu cơ ở Việt Nam
Đối với nước ta, sự quan tâm của người tiêu dùng hiện nay đã gia tăng
đáng kể đối với các sản phẩm hữu cơ. Nền nông nghiệp hữu cơ của nước ta
cũng đang trên đà phát triển mạnh.
Nhiều loại giá thể hữu cơ đã được đưa ra thị trường như GT05 của
Viện Thổ nhưỡng Nơng hóa, Đasa của Công ty Đất sạch Bến Tre, Đất trồng
cây hệ Multi của Công ty Nguyên Nông - GINO Co, Ltd. Các loại giá thể này
chủ yếu là mụn dừa đã qua xử lý.
Các nhà khoa học vẫn đang không ngừng nghiên cứu để sản xuất ra
những loại giá thể chuyên biệt cung cấp cho nền nông nghiệp hữu cơ. Trong
nghiên cứu của tác giả Nguyễn Ngân Hà, khả năng sử dụng một số loại giá
thể để sản xuất rau mầm củ cải trắng an tồn, chất lượng cao theo quy mơ hộ
gia đình. Kết quả nghiên cứu cho thấy, rau mầm củ cải trắng trồng trên giá thể
mụn xơ dừa có tỉ lệ nảy mầm lớn nhất (99%), hàm lượng chất khô 5,51%,
hàm lượng nước 94,49%, cho năng suất cao nhất (242,54g/m2). Giá thể trấu
hun tuy chỉ cho năng suất rau đứng thứ hai, hàm lượng vitamin C, protein thô
không cao nhưng rau thu hoạch vẫn đảm bảo độ an toàn [10].
Võ Hoàng Anh Thy và cộng sự cũng đã nghiên cứu về việc phối trộn
giữa rơm rạ và bã mía để ủ tạo giá thể trồng rau. Kết quả cho thấy sau 8 tuần
ủ nguyên liệu với tỷ lệ rơm rạ/bã mía là 7,5/2,5 có lệ C/N đạt 34,8 và hàm
lượng cellulose giảm còn 22,81. Giá thể khi trồng rau cải đỏ sau 45 ngày khối
lượng trung bình là 21,4g [21].