Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng chế phẩm vi sinh xử lý cành lá chè làm phân bón hữu cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI












NGUYỄN MAI PHƯƠNG





NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM VI
SINH XỬ LÝ CÀNH LÁ CHÈ LÀM PHÂN BÓN HỮU CƠ




LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI











NGUYỄN MAI PHƯƠNG




NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM VI
SINH XỬ LÝ CÀNH LÁ CHÈ LÀM PHÂN BÓN HỮU CƠ

CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ : 60.44.03.01


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ NHƯ KIỂU





HÀ NỘI, 2013


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố
trong bất kì công trình nào khác.
Tôi xin cam ñoan các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược
chỉ rõ nguồn gốc./.

Tác giả luận văn

Nguyễn Mai Phương


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
ii

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và thực hiện ñề tài, tôi ñã nhận ñược sự giúp
ñỡ, những ý kiến ñóng góp, chỉ bảo quý báu của các thầy giáo, cô giáo Khoa
Quản lý ñất ñai và Khoa Môi trường trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội.
ðể có ñược kết quả nghiên cứu này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của
bản thân, tôi còn nhận ñược sự hướng dẫn chu ñáo, tận tình của thầy giáo
TS. Lê Như Kiểu là người hướng dẫn trực tiếp tôi trong suốt thời gian
nghiên cứu ñề tài và viết luận văn.
Tôi cũng nhận ñược sự giúp ñỡ, tạo ñiều kiện của các anh chị tại Viện Thổ
nhưỡng Nông hóa, bạn bè ñồng nghiệp, sự ñộng viên của gia ñình và người thân.
Với tấm lòng biết ơn, tôi xin chân thành cảm ơn mọi sự giúp ñỡ quý báu ñó!
Tác giả luận văn


Nguyễn Mai Phương


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN i

LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC BẢNG vii
DANH MỤC HÌNH ix
MỞ ðẦU 1
1. Tính cấp thiết của ñề tài 1
2. Mục ñích 2
3. Yêu cầu 2
Chương 1. TỔNG QUAN 3
1.1. ðịnh nghĩa cây chè 3
1.2. Hiện trạng tồn dư của phế phụ phẩm trong chế biến chè 3
1.3. Thành phần hoá học chính của chè 5
1.3.1. Xenlulo 5
1.3.2. Các nguyên tố tro 6
1.3.3. Tanin 8
1.3.4. Cafein (hay hợp chất Ankaloit) 14
1.4. Cơ sở khoa học của quá trình phân hủy xenlulo 14
1.4.1. Sinh tổng hợp xenlulaza của vi sinh vật 14
1.4.2. Cơ chế phân giải xenlulo 15
1.4.3. Vi sinh vật phân giải xenlulo 18
1.5. Các nghiên cứu và ứng dụng chế phẩm vi sinh xử lý các sản phẩm chè
nhằm bảo vệ môi trường và ñem lại hiệu quả kinh tế. 22



Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
iv

Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1. ðối tượng nghiên cứu 26
2.1.1. ðối tượng nghiên cứu 26
2.1.2. Vật liệu 26
2.2. Nội dung nghiên cứu 26
2.2.1. Phân lập các chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải xenlulo cao 26
2.2.2. Lựa chọn tổ hợp vi sinh vật ñể sản xuất chế phẩm phân giải xenlulo 26
2.2.3. Sản xuất chế phẩm 26
2.2.4. ðánh giá chất lượng chế phẩm vi sinh và chất hữu cơ sau ủ 26
2.3. Phương pháp nghiên cứu 27
2.3.1. Phân lập các chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải xenlulo cao 27
2.3.2. ðánh giá ñặc tính sinh học của các chủng vi sinh vật 28
2.3.3. Phương pháp chọn chất mang 30
2.3.4. Phương pháp thí nghiệm trong nhà lưới 31
2.3.5. ðánh giá ñộ chín của chất hữu cơ sau ủ theo thông tư số 36/2010/TT-
BNNPTNT 32
2.4. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 32
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34
3.1. Phân lập các chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải xenlulo cao 34
3.1.1. Phân lập các chủng vi sinh vật có hoạt tính phân giải xenlulo cao 34
3.1.2. ðánh giá khả năng phân giải xenlulo của các chủng VSV 35
3.2. Lựa chọn tổ hợp vi sinh vật ñể sản xuất chế phẩm phân giải xenlulo 37
3.2.1. Xác ñịnh tổ hợp chủng vi sinh vật ñể sản xuất chế phẩm 37
3.2.2. ðánh giá khả năng phân giải xenlulo của các tổ hợp VSV và chọn ra tổ
hợp tốt ñể sản xuất chế phẩm 40
3.3. Sản xuất chế phẩm 41
3.3.1. Nghiên cứu các thông số kĩ thuật lên men nhân sinh khối của các
chủng vi sinh vật lựa chọn. 42


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp

v

3.3.2. Chọn chất mang 52
3.4. ðánh giá hiệu quả xử lý cành lá chè của chế phẩm 58
3.4.1. Kết quả phân tích thành phần cành lá chè trước khi ủ 59
3.4.2. Kết quả xử lý cành lá chè làm phân bón 60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67
1. Kết luận 67
2. Kiến nghị 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO 68
PHỤ LỤC 70



Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ctv
Cộng tác viên
CT
Công thức
VSV
Vi sinh vật
FAO
Tổ chức lương thực và nông nghiệp liên hợp quốc
VK
Vi khuẩn
XK

Xạ khuẩn
CHC
Chất hữu cơ
CMC
Cacbon- Methyl-xenluloza




Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
vii

DANH MỤC BẢNG

STT Tên bảng Trang
1.1 Khối lượng cành lá chè của các nhà máy tại tỉnh Phú Thọ 4
1.2 Hàm lượng tro trong lá chè (tính theo % chất khô) 7
1.3 Thành phần tổ hợp Tanin trong lá chè tươi và chè xanh 9
1.4 ðặc ñiểm sinh lý của một số vi khuẩn phân giải xenlulo 21
3.1 Các chủng vi sinh vật phân lập 34
3.2 Hoạt tính phân giải xenlulo của các chủng VSV phân lập 36
3.3 Khả năng tác ñộng tương hỗ giữa các chủng xạ khuẩn tuyển chọn 37
3.4 Khả năng tác ñộng tương hỗ giữa các chủng tổ hợp 1 38
3.5 Khả năng tác ñộng tương hỗ giữa các chủng tổ hợp 2 38
3.6 Mật ñộ tế bào và hoạt tính phân giải xenlulo của các chủng VSV
trước và sau khi nhiễm vào chất mang 41
3.7 Các chủng vi sinh vật sử dụng sản xuất chế phẩm 41
3.8 Ảnh hưởng pH môi trường ñến mật ñộ và hoạt tính sinh học của
các chủng vi khuẩn hữu ích 43
3.9 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến sự sinh trưởng và phát triển của các

chủng vi khuẩn 44
3.10 Ảnh hưởng của tốc ñộ sục khí ñến mật ñộ tế bào của các chủng vi
khuẩn lựa chọn 45
3.11 Ảnh hưởng của tốc ñộ cánh khuấy ñến mật ñộ tế bào của các chủng
vi khuẩn lựa chọn 46
3.12 Khả năng sinh trưởng và phát triển của các chủng vi khuẩn lựa
chọn trên các loại môi trường khác nhau 47
3.13 Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấp 1 ñến mật ñộ tế bào của các chủng
vi khuẩn lựa chọn 48
3.14 Các thông số kỹ thuật lên men tối ưu của các chủng (V12, V14) 49


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
viii

3.15 ðộng thái phát triển của chủng V12

trên thiết bị lên men chìm 49
3.16 ðộng thái phát triển của chủng V14

trên thiết bị lên men chìm 50
3.17 Các thông số kỹ thuật lên men tối ưu của chủng X2, X3 50
3.18 ðộng thái phát triển của chủng X2

trên thiết bị lên men chìm 51
3.19 ðộng thái phát triển của chủng X3

trên thiết bị lên men chìm 51
3.20 Mật ñộ tế bào các chủng vi sinh vật khi nuôi cấy trên các nguồn
cơ chất khác nhau 52

3.21 Mật ñộ tế bào các chủng vi khuẩn khi nuôi ở các tỷ lệ bột ñậu
tương khác nhau 53
3.22 Mật ñộ tế bào các chủng vi khuẩn khi nuôi trong cơ chất với các
tỷ lệ rỉ ñường 54
3.23 Mật ñộ tế bào các chủng vi khuẩn khi nuôi trong cơ chất với các
tỷ lệ giống cấy 55
3.24 Số lượng tế bào vi sinh vật khi bảo quản ở các ñộ ẩm khác nhau
theo thời gian 56
3.25 Thành phần lý hóa học trong cành lá chè 59
3.26 VSV có trong ñống ủ 59
3.27 Mật ñộ tế bào vi khuẩn trong ñống ủ theo thời gian 62
3.28 Mật ñộ tế bào xạ khuẩn trong ñống ủ 63
3.29 Mật ñộ Coliform 64
3.30 Một số chỉ tiêu ñánh giá chất lượng hữu cơ sau ủ 65





Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
ix

DANH MỤC HÌNH

STT Tên hình Trang

1.1 Cấu tạo phân tử β-1,4-glucoza 5
1.2 Chuỗi mạch thẳng của xenlulo trong không gian. 6
1.3 Cơ chế hoạt ñộng của Exoglucanaza 15
1.4 Cơ chế hoạt ñộng của Endoglucanaza 16

1.5 Cơ chế hoạt ñộng của β-glucosidaza 16
1.6 Cơ chế thủy phân xenlulo của Erikson (1980) 18
3.1 ðường kính vòng phân giải của một số chủng VSV phân lập 39
3.2 Hình ảnh minh họa khả năng tác ñộng tương hỗ với nhau của các
chủng VSV phân lập. 39
3.3 Hoạt tính phân giải xenlulo của chế phẩm sử dụng hỗn hợp chủng 40
3.4 Khuẩn lạc của các chủng vi sinh vật sử dụng sản xuất chế phẩm. 42
3.5 Sơ ñồ sản xuất chế phẩm 57
3.6 ðồ thị biến ñộng nhiệt ñộ 6 ñống ủ thí nghiệm sau 40 ngày. 61


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
1

MỞ ðẦU

1. Tính cấp thiết của ñề tài
Việt Nam là một quốc gia có sản lượng chè hàng năm lớn và chất
lượng chè ñược ñánh giá là tốt trên thế giới với những dòng chè nổi tiếng như
chè Mộc Châu, chè Tân Cương Thái Nguyên, chè Hà Giang Chè là một ñồ
uống lí tưởng và có nhiều giá trị về dược liệu. Hỗn hợp Tamin chứa trong chè
có khả năng giải khát, chữa một số bệnh về ñường ruột như tả, lị, thương
hàn… (ðoàn Anh Tuấn, 2012).
ðể có ñược những sản phẩm chè tươi ngon thì tại vùng núi và trung du
Bắc Bộ nước ta là nơi có ñủ ñiều kiện ñể có những ñồi chè xanh mướt bạt
ngàn. Tuy nhiên, công việc nào cũng sẽ tạo ra rác thải, người ta chỉ lấy búp
chè ñể sản xuất, vấn ñề là chúng ta cần phải giải quyết phần cành và lá chè
sau khi ñốn tỉa ñã bị khô không dùng ñến như một phụ phẩm nông nghiệp.
Trước ñây ở nông thôn thường sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp ñể
ñun nấu, nhưng ngày nay ñời sống nông thôn ñược cải thiện, sức ép năng

lượng ñể ñun nấu không còn gay gắt nữa. Do vậy lượng phế phụ phẩm sau
thu hoạch ñược ñốt, hoặc ñổ xuống kênh, rạch, sông, suối gây ô nhiễm môi
trường, trong khi ñó ñất trồng trọt lại thiếu trầm trọng nguồn dinh dưỡng cần
thiết cho cây.
Trả lại nuồn hữu cơ cho ñất là một biện pháp canh tác bền vững xét về
mặt tăng cường hoạt ñộng sinh học ở trong ñất. Quá trình này, ngoài yếu tố về
chất hữu cơ còn phụ thuộc vào trạng thái sử dụng phụ phẩm trả lại cho ñất
như vùi lại ruộng hoặc ñem ủ làm phân hữu cơ. Cây chè cũng như một số cây
trồng khác, sau khi ñốn tỉa thải ra một lượng ñáng kể phế phụ phẩm là cành lá
chè. Nếu tận dụng nguồn phế thải này ñem xử lý ñể phân giải các chất hữu cơ
làm nguyên liệu sản xuất phân bón cung cấp bổ sung trả lại cho ñất là một
hướng ñáng khích lệ.


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
2

Do ñó, tôi tiến hành luận văn: “Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng chế
phẩm vi sinh xử lý cành lá chè làm phân bón hữu cơ”.
2. Mục ñích
Sản xuất và ứng dụng ñược chế phẩm vi sinh xử lý cành lá chè làm
phân bón hữu cơ.
3. Yêu cầu
• Tạo ñược chế phẩm vi sinh có khả năng phân hủy cành lá chè trong
vòng 30- 40 ngày.
• Chất hữu cơ sau ủ ñạt tiêu chuẩn cho phép làm phân hữu cơ theo
Thông tư số 36/2010/TT-BNNPTNT ngày 24/6/2010.


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp

3

Chương 1. TỔNG QUAN

1.1. ðịnh nghĩa cây chè
Cây chè hay cây trà có tên khoa học là Camellia sinensis là loài cây mà
lá và chồi của chúng ñược sử dụng ñể sản xuất chè. Tên gọi sinensis có nghĩa
là "Trung Quốc" trong tiếng Latinh. Các danh pháp khoa học cũ còn có Thea
bohea và Thea viridis (Wikipedia).
1.2. Hiện trạng tồn dư của phế phụ phẩm trong chế biến chè
Hiện nay chưa có số liệu cụ thể của cả nước về hiện trạng tồn dư của
phế phụ phẩm trong trồng và chế biến chè, nhưng có thể ước tính lượng phế
phụ phẩm này rất lớn, vì sản lượng chè rất lớn.
Trên thế giới có 58 quốc gia trồng và chế biến cây chè, trong ñó những
nước có diện tích lớn như: Trung Quốc 1115300 ha, Ấn ðộ 421.900 ha,
Xrilanca 187.300 ha, Inñônêxia 128.500 ha, Kênia 112.500 ha, Thổ Nhĩ Kì
76.600 ha (Số liệu năm 1977) (Manuja Peiris, 2010).
Về tốc ñộ sản xuất chè thì năm 1993, các nước châu Á sản xuất 81%
tổng sản lượng chè trên thế giới. Trong ñó riêng 4 nước ñã ñạt 67% là: Ấn ðộ
29%, Trung Quốc 23%, Xrilanca 8,5%, Inñônêxia 6,5%. Các nước châu Phi
sản xuất 12% tổng sản lượng chè thế giới. Trong ñó riêng Kênia chiếm 62%
sản lượng chè toàn châu Phi và chiếm 8% tổng sản lượng chè thế giới.
Tại Việt Nam: cả nước hiện nay có 76 cơ sở chế biến chè với tổng công
suất 1046 tấn chè tươi/ngày. Trong ñó Tổng Công ty chè Việt Nam quản lí 27
cơ sở với tổng công suất 542 tấn/ ngày. Các công ty chè ñịa phương có 49 cơ
sở với tổng công suất 504 tấn/ ngày, loại quy mô 13- 48 tấn/ ngày có 37 cơ
sở, loại 6-10 tấn/ ngày có 39 cơ sở. Quy mô chế biến công nghiệp 60-62%,
còn lại là chế biến thủ công hoặc bán cơ giới. Các loại sản phẩm chế biến ra
thì chè ñen chiếm 60-65%, chè xanh 30-35%, các loại chè khác 5%. Ngoài ra
chúng ta còn có một Viện Nghiên Cứu chè xây dựng năm 1988, nghiên cứu

Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
4

khép kín toàn diện về cây chè: Giống- Kĩ thuật canh tác- Bảo vệ thực vật ñến
công nghệ chế biến ra sản phẩm cuối cùng phục vụ cho ngành chè toàn quốc.
Trong quá trình chế biến chè thành phẩm, người ta chỉ hái búp chè, lá
chè, nên lượng tồn dư là rất lớn, theo số liệu của một vài nhà máy chè tại tỉnh
Phú Thọ như sau:
Bảng 1.1: Khối lượng cành lá chè của các nhà máy tại tỉnh Phú Thọ
STT
Tên các nhà máy
(Thời gian hoạt ñộng)
Công
suất
(tấn/
năm)
Khối lượng
phế phụ
phẩm
(tấn)
Biện pháp xử lý
1
Nhà máy chè Phú Bền -
Thanh Ba
(Tháng 1/5- 30/10)
12.500
150- 270 tấn
bụi, cẫng chè

(chè F3)
Bán cho các lái
buôn, tiêu thụ tại
Trung Quốc
2
Nhà máy chè Trạm
Thản - Phù Ninh
(Tháng 5 - tháng 10)
3.200 -
7.200
Chè F3; 36 -
66 tấn/ năm
Bán sang cho Trung
Quốc
3
Công ty chè ðại ðồng -
Thanh Ba
(Tháng 5 - tháng 10)
8.000 -
10.500
Chè F3: 120
- 210
tấn/năm
Bán cho Trung
Quốc
4
Nhà máy chè Hải Ninh
(Vũ Ẻn - Thanh Ba)
(tháng 5 - tháng 10)
9.000 -

11.000

120 - 220
tấn/năm
Bán sang Trung
Quốc
“Nguồn: Viện khoa học kỹ thuật Nông lâm nghiệp miền núi phía Bắc”
Trong ñiều kiện hiện nay, ñây là nguồn tài nguyên vô cùng lớn và có
giá trị nhưng chưa ñược sử dụng một cách hợp lý. Nếu lượng phế phụ phẩm
này tiếp tục bị bán sang Trung Quốc thì sẽ không hoàn trả hữu cơ cho ñất, dẫn
ñến ñất sẽ thiếu trầm trọng chất hữu cơ, càng ngày càng chai cứng, không có
khả năng hút và giữ nước, khiến cây cối không thể sinh trưởng phát triển bình
thường nên năng suất thấp và giảm dần theo thời gian.


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
5

ðối với các hộ trồng chè nhỏ lẻ tại Thái Nguyên và Phú Thọ, họ ñốn
cành chè rồi ñể khô tự nhiên, không mang ñi, thời gian ñể cành lá chè phân
hủy tự nhiên rất lâu. Chính vì vậy, việc tận dụng lại các phế phụ phẩm ñể làm
phân bón vừa có ích cho môi trường vừa ñem lại hiệu quả kinh tế cao.
1.3. Thành phần hoá học chính của chè
1.3.1. Xenlulo
Xenlulo là polyme sinh học có nhiều nhất và bền vững nhất trong tự
nhiên, là thành phần cấu tạo chủ yếu của thành tế bào thực vật. Khoảng 30
phân tử xenlulo riêng lẻ ñược sắp xếp thành ñơn vị lớn hơn gọi là sợi cơ bản,
sau ñó ñược bó thành sợi lớn hơn gọi là vi sợi và ñược cấu trúc thành những
sợi xenlulo. Sợi xenlulo bền vững bởi các liên kết nội phân tử cũng như liên
kết hydrogen nội phân tử. Sự sắp xếp các chuỗi riêng lẻ bên trong những sợi

cơ bản ñã ñược tìm hiểu từ sự phân tích tán xạ X.
Khối lượng ñạt ñược khoảng 80x10
9
tấn mỗi năm, chiếm 50% tổng
cacbon hữu cơ sinh quyển. Hàm lượng xenlulo trong các loài thực vật giao
ñộng trong khoảng từ 20% chất khô ở một số loài cỏ, 45% trong gỗ và trên
90% trong sợi cotton. Xenlulo trong cành lá chè chiếm ñến 40%.
Trọng lượng phân tử của xenlulo do ñó cũng dao ñộng từ 50.000 –
2.500.000 Dalton tùy thuộc vào nguồn gốc loài thực vật.

Hình 1.1: Cấu tạo phân tử β
ββ
β-1,4-glucoza


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
6


Hình 1.2: Chuỗi mạch thẳng của xenlulo trong không gian.

Cấu trúc xenlulo không ñồng nhất và thường có hai vùng: vùng kết tinh
với cấu trúc có ñộ trật tự rất cao và bền vững với tác ñộng của ñiều kiện tự
nhiên, enzym xenlulaza chỉ có tác dụng bề mặt hệ sợi ở vùng này. Vùng vô
ñịnh hình có cấu trúc không chặt chẽ và dễ bị tác ñộng bởi các yếu tố bên
ngoài. Khi gặp nước, chúng dễ bị trương lên, do ñó enzym xenlulaza dễ tác
ñộng và làm thay ñổi toàn bộ cấu trúc (Lê Xuân Phương, 2005).
Xenlulo không tan trong nước nhưng có thể trương lên do hấp thụ
nước. Xenlulo bị phân hủy khi ñun nóng với axit hoặc kiềm ñặc ở nồng ñộ
cao. Tuy nhiên, xenlulo sẽ bị phân hủy bởi enzym xenlulaza ở nhiệt ñộ từ 30-

50
0
C (Trần ðức Lượng, 2003).
1.3.2. Các nguyên tố tro
Các nguyên tố tro giữ vai trò quan trọng trong các hoạt ñộng sống của
cơ thể, chúng là nguyên tố làm thay ñổi trạng thái keo và ảnh hưởng trực tiếp
ñến sự trao ñổi chất của tế bào, trong nhiều trường hợp chất tro còn thực hiện
chức năng của chất xúc tác các phản ứng hoá sinh và tham gia vào sự biến ñổi
lực trương, sự thẩm thấu của nguyên sinh chất và chúng luôn là trung tâm của
các hiện tượng ñiện và phóng xạ trong cơ thể.
Chất tro ñược chia thành hai nhóm: tan và không tan trong nước trong
ñó nhóm không tan trong nước ñược chia thành tan và không tan trong axít
(HCl d=1,184 pha loãng 25 lần).


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
7

Nói chung nhiệt ñộ tro hoá các nguyên liệu và sản phẩm có nguồn gốc
thực vật thường nằm trong khoảng ≥ 5000C (lớn nhất 9000C). Sau khi ñốt
cháy ở nhiệt ñộ cao như thế, các chất vô cơ có trong thực vật về cơ bản chỉ
còn tồn tại ở dạng oxit và dạng muối.
Lượng các nguyên tố tro trong lá chè tươi và trong các loại chè thành
phẩm nằm trong khoảng 4-7%, hơn nữa trong các lá chè già và các lá chè cấp
thấp có chứa lượng tro lớn hơn so với các lá non và chè cao cấp, có thể thấy
ñiều này qua bảng 1.2:
Bảng 1.2: Hàm lượng tro trong lá chè (tính theo % chất khô)
Nguyên liệu loại 1 Nguyên liệu loại 2 Lá ñơn
Vùng chè

Lượng tro
chung
Lượng
tro hoà
tan
Lượng tro
chung
Lượng
tro
hoà
tan
Lượng
tro
chung
Lượng
tro
hoà
tan
Anaxeuli 5,01 3,45 5,40 3,30 5,89 3,08
Bobocvati

4,39 3,90 5,33 3,47 5,79 2,68
Gali 5,05 3,69 5,41 3,45 5,89 3,12
“Nguồn: Trịnh Văn Loan, Nguyễn Thị Huệ, 1987”
Qua bảng số liệu 1.2 ta thấy, nguyên liệu càng già thì tổng lượng tro
càng tăng nhưng lượng tro hoà tan giảm.
Theo kết quả phân tích chất tro trong chè Grudia (Liên Xô) cho thấy,
giữa hàm lượng kali, photpho và chất lượng của chè có sự phụ thuộc lẫn nhau
nhất ñịnh: các loại chè tốt có chứa các nguyên tố này nhiều hơn, nhưng ở các
loại chè cấp thấp thì hàm lượng natri, canxi và magiê cao hơn, còn các

nguyên tố khác không thấy có quy luật xác ñịnh. Mangan và sắt theo ý kiến
của một số nhà nghiên cứu có thể giữ vai trò của các chất hoạt hoá oxy trong
các quá trình oxy hoá có trong lá chè lên men.


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
8

Tác dụng của nguyên tố tro về mặt sinh học ñối với cây chè ta thấy:
Kali có mối quan hệ mật thiết với hoạt ñộng của nguyên sinh chất, do
ñó trong các mô phân sinh và trong các khí quản sơ sinh thì hàm lượng của nó
cao nhất. Trong chè, kali hầu như tồn tại ở trạng thái ion, ở trạng thái hoà tan
hoặc thường không ổn ñịnh bị các chất keo hấp phụ, kali có liên quan mật
thiết ñến sự chuyển hoá các loại ñường, ngoài ra kali giữ vai trò quan trọng
ñối với sự tạo thành protein, ion kali giữ vai trò nhất ñịnh trong mối liên kết
nhánh của các phân tử protein của nguyên sinh chất. Kali trong lá chè non
chiếm khoảng 50% sản lượng tro. Vì vậy phân kali trở thành loại phân không
thể thiếu ñược ñể chăm bón cây chè giúp cho cây chè tăng cường sức ñề
kháng và tăng tốc ñộ trưởng thành.
Trong số các nguyên tố á kim có trong thành phần tro của lá chè (P, S,
F, Cl, F, I) thì nguyên tố photpho, lưu huỳnh giữ vai trò rất quan trọng, chúng
tham gia vào thành phần của protein, nucleotit và nhiều hợp chất quan trọng
khác có ý nghĩa ñặc biệt ñối với cây chè.
Trong lá chè photpho có mặt trong thành phần các hợp chất hữu cơ và vô
cơ. Các hợp chất hữu cơ chứa photpho có trong lá chè là: phitin, hecxozomono,
hecxozo, diphotphat. Các hợp chất vô cơ chứa photpho thường tìm thấy trong
lá chè ở dạng dẫn xuất của axit octophotphoric. Axit photphoric có ý nghĩa
quan trọng không những chỉ với quá tŕnh sinh trưởng của cây chè mà còn cả
với quá tŕnh sản xuất chè ñen.

1.3.3. Tanin
a. Tính chất và thành phần của tanin
Trong thành phần hoá học của là chè tươi hay chè thành phẩm phức
chất tanin giữ một vị trí rất quan trọng vì nó quyết ñịnh chất lượng của chè.
Tanin có bản chất muôn màu muôn vẻ, không phải là một ñơn chất mà
là một hỗn hợp phức tạp của các hợp chất có ñặc tính polyphenol. Trong
thành phần tổ hợp của phức chất tanin chè gồm các polyphenol catesin ñơn


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
9

giản và các sản phẩm oxyhoá của chúng (tanin phân tử lớn).
Từ thế kỷ 19, người ta ñã tiến hành nghiên cứu bản chất hoá học
của tanin trong lá chè. Năm 1947, F.Rocfeder ñã tách ñược axit galic
trong chè xanh, ñến năm 1867, H.Lazivet ñã tách ñược axit galic, các chất
flavonol từ chè ñen. Qua các kết quả thí nghiệm ñã xác ñịnh ñược rằng,
thành phần tổ hợp của tanin chè trong búp chè tươi chủ yếu gồm các
catesin và một số hợp chất màu. Hiện nay sau khi ñã xác ñịnh ñược thành
phần hoá học của phức chất tanin chè, người ta tập chung sự nghiên cứu
vào vấn ñề chuyển hoá của các catesin trong quá trình lên men lá chè và
sự hình thành của chúng trong cây chè.
Bảng 1.3: Thành phần tổ hợp Tanin trong lá chè tươi và chè xanh
Hàm lượng tanin
(% tổng lượng)
%Tổng lượng
Catesin
Tên chất
Bóp 3 lá
(Liên Xô)

Chè xanh
(Xlanca)
Bóp 3 lá
(Việt Nam)
L. Epicatesin 1,33 4,4 5,54
D,L. Catesin 0,40 1,7 -
L. Epigalocatesin 12,00 16,0 16,09
D,L. Galocatesin 2,00 7,9 9,98
L. Epicatesin Galat 18,10 10,3 12,73
L.EpiGaloCatesinGalat 58,10 49,1 55,64
L. GaloCatesinGalat 1,40 6,5 -
Các chất màu vàng - - -
Tổng số 98,60 95,9 99,98
“Nguồn: Trịnh Văn Loan, Nguyễn Thị Huệ, 1987”
Ngoài những chất catesin kể trên, các chất polyphenol khác có liên quan
ñến tanin chè cũng ñã ñược xác ñịnh như flavonol, các axit phenolcacboxilic vì


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
10

hàm lượng của các chất này trong chè không ñáng kể so với hàm lượng của các
catesin nên trong quá trình chế biến chè chúng gây tác dụng cũng không lớn.
Trong chè ñen có chứa các hợp chất polyphenol kết hợp với protein
phần tanin này của chè không tan trong nước, ñồng thời chúng chỉ có thể bị
chiết ra khi xử lí bằng dung dịch kiềm yếu.
Thành phần tanin trong chè ñen thành phẩm, do ñặc ñiểm của các quá
trình công nghệ chế biến chè ñen có sử dụng hoạt tính các enzym, nhất là các
enzym oxy hoá ñể phát triển quá trình oxy hoá lên men các hợp chất polyphenol
nhằm tạo ra các tính chất ñặc trưng cho nước chè ñen. Vì vậy thành phần cấu tử

của tanin trong chè ñen có sự thay ñổi lớn. Trong thành phần tanin của chè ñen,
là bộ phận tanin có sẵn trong lá chè tươi chưa kịp oxy hoá còn có các sản phẩm
oxy hoá lên men của hợp chất polyphenol – catesin. Các sản phẩm oxyhoá này
gồm hai hoá chất chủ yếu tan và không tan trong nước.
Các sản phẩm oxy hoá của tanin trong chè ñen tan trong nước theo
Robe gồm teaflavin, teaflavin Galat (màu vàng), tearubigin (màu ñỏ) và các
chất bisflavanol không màu.
Các sản phẩm oxy hoá của tanin không tan trong nước thường là các
hợp chất có màu kết hợp với protein nằm trong bã chè.
b. Hàm lượng Tanin trong lá chè
Hàm lượng tanin trong lá chè tươi luôn thay ñổi phụ thuộc vào nhiều
yếu tố như: giống chè, ñiều kiện ñất ñai, ñiều kiện sinh trưởng của cây chè.
Hàm lương tanin hoà tan phụ thuộc vào nhiều vị trí của lá trên búp chè
và hầu như tất cả các giống chè ñều theo quy luật chung lá càng non chứa
tanin càng nhiều và ngược lại ví dụ:
Tôm chứa 20,3% chất khô
Lá thứ nhất 21,2% chất khô
Lá thứ hai 19,3% chất khô
Lá thứ ba 18,6% chất khô
Cẫng 7,8 % chất khô


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
11

Tuy hàm lượng tanin trong nguyên liệu chè tương ñối cao nhưng trong
quá trình chế biến nhất là trong sản xuất chè ñen vì có quá trình lên men nên
tanin bị oxy hoá và chuyển sang hợp chất không tan khá lớn, do ñó trong chè
ñen thành phẩm chỉ giữ lại ñược 1 lượng tanin hoà tan 50- 60% so với nguyên
liệu ban ñầu.

c. Một số tính chất của tanin chè
+ Tính chất vật lí của tanin chè
Tanin chè là hỗn hợp của các hợp chất polyphenol khác nhau trong ñó
thành phần chính của nó là hợp chất catesin (chiếm 75- 85%)
Tanin chè ở dạng tinh khiết là một hỗn hợp chất bột màu trắng, sau khi
bị oxy hoá bởi không khí chuyển thành hợp chất ở trạng thái keo màu nâu,
tanin chè dễ tan trong nước, rượu etylic và rượu metylic, axeton, anhidric
axetic, riêng nhóm chất tan trong etyl axetat và axit axetic thì khó tan trong
clorofooc, ete dầu hoá.
+ Tính chất hoá học của tanin chè:
Tanin chè hầu như không có tính thuộc da, trừ các hợp chất polyphenol
hoà tan trong kiềm trong thành phần tanin kết hợp của chè.
Khi tác dụng với FeCl
3
tạo thành kết tủa màu xanh ñen.
Tác dụng với chất axetat tạo thành kết tủa màu vàng xám.
Tanin chè bị oxy hoá hoàn toàn bởi dung dịch KMnO
4
tạo thành màu vàng.
Khi ñun nóng dung dịch tanin chè trong axit H
2
SO
4
5% tạo thành kết
tủa màu nâu ñỏ.
Tác dụng với anhidric axetic hoặc natriaxetat khan có thể tạo thành hợp
chất axeton hoá của tanin chè (hợp chất màu trắng).
Tác dụng với dung dịch amoniac (NH
4
OH) có thể tạo thành hợp chất

màu nâu, hợp chất này vẫn có thể bị bột kiềm và axit yếu khử trở thành tanin
chè ban ñầu.



Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
12

Kết tủa màu ñỏ nâu, thu ñược sau khi ñun nóng tanin chè trong dung
dịch H
2
SO
4
5% tiếp tục ñun nóng trong dung dịch natrihyñroxit 50% ở 180
0
C
trong 30phút, sau ñó dùng ete etyl ñể chiết, cho bay hơi hết dung môi thu
ñược florogluxinol tinh thể (không màu, nóng chảy ở 215
0
C). Từ các tính chất
này sau khi tác dụng với axit H
2
SO
4
các catesin trong thành phần tanin chè ñã
biến thành loại hợp chất là teaflavin.
Tanin chè sau khi chịu tác dụng metyl hoá có thể tạo thành hợp chất có
chứa gốc oxy metyl (_0_CH
3
), hợp chất này sau khi bị oxy hoá bởi KMnO

4
sẽ
tạo thành axit trimetyl oxygalic.
d. Vai trò của tanin ñối với chất lượng của chè và tác dụng sinh học của nó
Tanin chè là thành phần hoá học quan trọng nhất trong lá chè tươi cũng
như trong chè thành phẩm, nó quyết ñịnh chất lượng của chè, tanin không
những tạo nên vị ñộc ñáo cho chè mà còn tham gia vào các quá trình biến ñổi
hoá học dưới tác dụng của enzim oxy hoá ñể tạo ra hương thơm, màu sắc
nước pha cho mỗi loại chè.
Tuỳ theo mức ñộ sử dụng các enzym oxy hoá ñể gây ra những biến ñổi
hợp chất polyphenol catesin ở mức ñộ khác nhau trong cùng một loại nguyên
liệu, qua các quá trình công nghệ khác nhau có thể thu ñược nhiều loại chè
thành phẩm khác nhau.
Ví dụ: Chè tươi ñưa vào chế biến, nếu ngay từ giai ñoạn chế biến ñầu
tiên dùng nhiệt ñộ cao ñể tiêu diệt các enzym thì tanin chè hầu như không bị
biến ñổi và trong suốt quá trình còn lại chỉ còn một bộ phận nhỏ tanin (nhóm
chất có khả năng tự oxy hoá) bị biến ñổi dưới tác dụng của nhiệt và ẩm do ñó
sản phẩm thu ñược là chè xanh có vị chát mạnh có hậu ngọt, có màu sắc xanh
tươi hoặc xanh vàng và có hương thơm ñặc trưng. Nếu tạo mọi ñiều kiện ñể
tanin chè bị oxy hoá sâu sắc dưới tác dụng của enzim polyphenoloxydaza
trong quá tŕnh làm héo và lên men chè thì sản phẩm thu ñược là chè ñen có vị
chát dịu và có màu nước ñỏ nâu, có hương vị dễ chịu.


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
13

Trong thành phần tổ hợp của tanin chè nhóm chất tanin ñặc biệt có vị
chát dịu dễ chịu và có khả năng tự oxy hoá mạnh, nhóm chất polyphenol có vị
chát mạnh hơi ñắng và bền với oxy không khí nhưng chính nhóm chất sau

mới là thành phần chính của tanin chè không những chiếm tỷ lệ hàm lượng
lớn mà còn giữ vai trò hết sức quan trọng trong quá trình biến ñổi hoá sinh, nó
quyết ñịnh ñến tính chất màu sắc, hương vị của nước chè ñen.
Nhìn chung hàm lượng tanin trong chè thành phẩm càng cao thì chất
lượng chè càng tốt, nhưng cần phải chú ý ñến hàm lượng của các hợp chất khác
với tỷ lệ thích ñáng mới có lợi, mới tạo nên chất lượng toàn diện của chè, nói
khác ñi chỉ có hàm lượng cao và các chỉ tiêu hoá học cao chưa ñủ mà còn phải
chú ý ñến các chỉ tiêu chất lượng cảm quan vì chè là sản phẩm thực phẩm.
Theo yêu cầu công nghệ của các loại chè thành phẩm thì nguyên liệu
chè dùng ñể chế biến chè xanh không ñòi hỏi phải có hàm lượng tanin cao
như trong nguyên liệu dùng ñể sản xuất chè ñen vì trong sản xuất chè xanh
hàm lượng tanin giảm ñi không ñáng kể nên trong sản phẩm hầu như giữ lại
ñược 90% tanin, trong khi ñó ñặc ñiểm của các quá tŕnh công nghệ của mình
lượng tanin giảm ñi trong khi sản xuất chè ñen tới 40 – 50% tanin và cao hơn
nữa. (Philip O. Owuor and Stuart G. Reeves,1986).
Tác dụng của tanin chè như ñã biết nó ảnh hưởng tốt ñến cơ thể con
người. Trong lịch sử, trước hết chè ñược sử dụng làm thuốc và ñã trở thành
ñồ uống phổ biến trong nhân dân các nước, trong ñó tanin chè là hợp chất chủ
yếu có tác dụng sinh học rất quan trọng nó có tác dụng giải khát và chữa một
số bệnh về ñường ruột và có tác dụng cầm máu. Nhóm chất catesin trong
thành phần tanin chè có khả năng làm tăng tính co dãn, nâng cao năng lực ñề
kháng của thanh vị huyết quản của cơ thể ñộng vật (Alastair Robertson and
Derek S. Bendall, 1983).


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
14

1.3.4. Cafein (hay hợp chất Ankaloit)
Cafein là hợp chất ankaloit chủ yếu và quan trọng nhất trong lá chè,

chiếm 2-5% lượng chất khô.
Khi cafein tác dụng với tanin chè tạo thành váng gọi là tanat- cafein
làm cho chè có vị chát dịu, mùi thơm nhẹ.
1.4. Cơ sở khoa học của quá trình phân hủy xenlulo
1.4.1. Sinh tổng hợp xenlulaza của vi sinh vật
Phân giải xenlulo tự nhiên là một quá trình phức tạp ñòi hỏi sự tham
gia phối hợp của phức hệ enzym xenlulaza. Sự ñiều hòa sinh tổng hợp
xenlulaza ñược thực hiện nhờ cơ chế cảm ứng, kìm hãm xenlulaza tự nhiên và
dẫn xuất của chúng là những tác nhân cảm ứng ñặc hiệu với các thành phần
trong phức hệ xenlulo. Quá trình tổng hợp xenlulaza chịu sự ñiều khiển của
bộ máy di truyền và các quá trình sinh hóa do các chất cảm ứng, sự kiềm chế
của các chất trao ñổi và các sản phẩm cuối cùng (Trần Cẩm Vân, 2009).
Theo Whitaker, xenlulaza không phải là chất cảm ứng trực tiếp mà khi ở
ngoài môi trường chúng bị phân giải bởi một lượng nhỏ enzym cấu trúc thành
xenlobioza, chất này có thể thấm qua màng tế bào vào trong và ñược coi là chất
cảm ứng sinh lí, nhưng nếu nồng ñộ xenlobioza cao sẽ sinh tổng hợp xenlulaza. Vì
vậy, ñể thu ñược nguồn enzym cao người ta thường sử dụng các cơ chất không dễ
bị phân giải. Hoặc có thể nuôi cấy kết hợp vi sinh vật ñồng hóa tốt xenlobioza.
Spirodonov nghiên cứu ảnh hưởng của các nguồn cacbon lên sinh tổng
hợp xenlulaza của chủng VK Thermomonospora fusca cho thấy nguồn cacbon
dễ tiêu (1%): Gluco, xenlobioza, xyloza không ức chế sinh tổng hợp
xenlulaza. Tuy nhiên, nếu nuôi trên môi trường có xenlulo vi tinh thể thì hoạt
lực xenlulaza mạnh nhất. Hoạt lực xenlulaza sẽ thấp hơn từ 20 – 30 lần nếu
nuôi cấy trong môi trường không bổ sung gluco và xyloza.
Từ năm 1906, những quan sát ñầu tiên về xenlulaza ñược tiến hành bởi
Seilliere. Sau ñó hàng loạt nghiên cứu của các tác giả ñã ñược tổng kết một