Nghiên cứu quy trình ủ bã sắn với chủng vi khuẩn Bacillus subtilis C7 để thủy phân tinh bột và cellulose

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM



NGUYỄN THỊ HƯƠNG


NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH Ủ BÃ SẮN VỚI CHỦNG VI
KHUẨN BACILLUS SUBTILIS C7 ĐỂ THỦY PHÂN
TINH BỘT VÀ CELLULOSE

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM


GVHD: TS. NGUYỄN MINH TRÍ

Nha Trang, tháng 07 năm 2013

LỜI CẢM ƠN
Với tất cả lòng biết ơn và kính trọng, em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám
hiệu trường Đại học Nha Trang, Ban chủ nhiệm khoa Công Nghệ Thực Phẩm,
cùng tất cả quý Thầy Cô đã truyền dạy những kiến thức quý giá cho em trong suốt
quá trình học tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Minh Trí và Th.S Phạm Hồng Ngọc
Thùy đã hết lòng hướng dẫn, động viên, quan tâm và ủng hộ em hoàn thành đồ án.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các giáo viên và các bạn tại phòng thí nghiệm
Hóa-Vi sinh, Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sinh_Đại học Nha Trang đã nhiệt
tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong suốt quá trình thực

hiện đồ án tốt nghiệp.
Xin gởi lời cám ơn chân thành nhất đến bạn bè và tập thể lớp 51TP-2 đã luôn
quan tâm và giúp đỡ tôi trong những năm học vừa qua.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến đến gia đình đã luôn ủng hộ và
tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành khóa luận.
Xin chân thành cảm ơn!



Sinh viên

Nguyễn Thị Hương






i

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii
MỞ ĐẦU 8
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 10
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY SẮN 10
1.1.1.Phân loại sắn 10

1.1.2.Đặc điểm cấu tạo và thành phần hóa học của củ sắn 11
1.1.2.1.Cấu tạo của củ sắn 11
1.1.2.2.Thành phần hóa học của củ sắn 12
1.1.3.Các sản phẩm được sản xuất từ sắn 14
1.1.3.1.Tinh bột sắn 14
1.1.3.2.Sản phẩm khác 15
1.1.4.Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và Việt Nam 16
1.1.4.1.Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới 16
1.1.4.2.Tình hình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam 17
1.1.4.3.Tình hình nghiên cứu và sử dụng bã sắn hiện nay 19
1.2. TỔNG QUAN VỀ BACILLUS SUBTILIS 21
1.2.1. Đặc điểm của Bacillus subtilis 21
1.2.2. Một số nghiên cứu trong nước và thế giới 23
1.3. TỔNG QUAN VỀ AMYLASE VÀ CELLULASE 24
1.3.1. Amylase 24
1.3.1.1. Giới thiệu về tinh bột 24
1.3.1.2. Giới thiệu về amylase 25
1.3.1.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến tổng hợp amylase từ vi sinh vật 27
1.3.2. Cellulase 29
ii

1.3.2.1. Giới thiệu về cellulose 29
1.3.2.2. Giới thiệu về cellulase 30
CHƯƠNG II. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33
2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 33
2.1.1. Bacillus subtilis C7 33
2.1.2. Bã sắn 33
2.1.3. Đậu nành 33
2.1.4. Cám gạo 33
2.1.5. Rỉ đường 33

2.1.6. Các hóa chất 34
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34
2.2.1. Các phương pháp phân tích sử dụng trong đề tài 34
2.2.1.1. Xác định hàm lượng cellulose 34
2.2.1.2. Xác định hàm lượng đường khử: phương pháp Miller 34
2.2.1.3. Xác định hàm lượng tinh bột 34
2.2.1.4. Xác định hoạt độ cellulase: phương pháp đo đường kính vòng phân giải 35
2.1.1.5. Xác định hoạt độ amylase: phương pháp đo đường kính vòng phân giải 35
2.2.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm 35
2.2.3.1. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát 35
2.2.3.2. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian ủ 37
2.2.3.3. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ ủ 38
2.2.3.4. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nước bổ sung 39
2.2.3.5. Bố trí thí nghiệm xác định thành phần môi trường 40
2.2.3.6. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ đậu nành bổ sung 41
2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu 43
2.2.5. Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 43
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44
3.1. ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN Ủ ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN
CELLULOSE VÀ TINH BỘT 44
3.1.1. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến quá trình thủy phân cellulose 44
iii

3.1.1.1. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hoạt độ cellulase 44
3.1.1.2. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hiệu suất thủy phân cellulose 45
3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến quá trình thủy phân tinh bột 46
3.1.2.1. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hoạt độ amylase 46
3.1.2.2. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hiệu suất thủy phân tinh bột 47
3.2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ Ủ ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN
CELLULOSE VÀ TINH BỘT 48

3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến quá trình thủy phân cellulose 48
3.2.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến hoạt độ cellulase 48
3.2.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến hiệu suất thủy phân cellulose 49
3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến quá trình thủy phân tinh bột 50
3.2.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến hoạt độ amylase 50
3.2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thủy phân tinh bột 52
3.3. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN
CELLULOSE VÀ TINH BỘT 53
3.3.1. Ảnh hưởng của độ ẩm đến quá trình thủy phân cellulose 53
3.3.1.1. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hoạt độ cellulase 53
3.3.1.2. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hiệu suất thủy phân cellulose 54
3.3.2. Ảnh hưởng của độ ẩm đến quá trình thủy phân tinh bột 55
3.3.2.1. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hoạt độ amylase 55
3.3.2.2. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hiệu suất thủy phân tinh bột 56
3.4. ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN MÔI TRƯỜNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
THỦY PHÂN CELLULOSE 57
3.4.1. Ảnh hưởng của thành phần môi trường đến hoạt độ cellulase 57
3.4.2. Ảnh hưởng của thành phần môi trường đến hiệu suất thủy phân cellulose 58
3.5. ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ ĐẬU NÀNH ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN
CELLULOSE VÀ TINH BỘT 59
3.5.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ đậu nành đến quá trình thủy phân cellulose 59
3.5.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ đậu nành đến hoạt độ cellulase 59
3.5.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ đậu nành đến hiệu suất thủy phân cellulose 60
iv

3.5.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ đậu nành đến quá trình thủy phân tinh bột 61
3.5.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ đậu nành đến hoạt độ amylase 61
3.5.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ đậu nành đến hiệu suất thủy phân tinh bột 62
3.6. QUY TRÌNH Ủ BÃ SẮN VỚI CHỦNG VI KHUẨN BACILLUS SUBTILIS C7
ĐỂ THỦY PHÂN CELLULOSE VÀ TINH BỘT 63

3.6.1. Sơ đồ quy trình ủ bã sắn với chủng vi khuẩn Bacillus subtilis C7 để thủy
phân cellulose và tinh bột 63
3.6.2. Thuyết minh quy trình 63
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 65
4.1. KẾT LUẬN 65
4.2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO 66
PHỤ LỤC 69












v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Hình ảnh cây sắn và củ sắn 4
Hình 1.2. Quy trình sản xuất tinh bột sắn 7
Hình 1.3. Hình ảnh bã sắn 12
Hình 1.4. Hình thái tế bào vi khuẩn Bacillus subtilis dưới kính hiển vi ở độ phóng
đại 1000 lần 15
Hình 1.5. Cấu trúc tinh bột 17
Hình 1.6. Cấu tạo amylase 19

Hình 1.7. Cấu trúc không gian của phân tử cellulose 22
Hình 1.8. Cấu trúc phân tử cellulose 23
Hình 1.9. Cơ chế tác dụng của cellulase lên cellulose 25
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình bố trí thí nghiệm nghiên cứu tổng quát 28
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ủ 30
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ ủ 31
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nước bổ sung 32
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thành phần môi trường 33
Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ đậu nành bổ sung 35
Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hoạt độ cellulase 37
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hiệu suất thủy phân chất cellulose 38
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hoạt độ amylase 39
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hiệu suất thủy phân tinh bột 40
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến hoạt độ cellulase 42
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ tới hiệu suất thủy phân cellulose 43
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến hoạt độ amylase 44
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến hiệu suất thủy phân tinh bột 45
Hình 3.9. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hoạt độ cellulase 46
Hình 3.10. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hiệu suất thủy phân cellulose 47
Hình 3.11. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hoạt độ amylase 48
Hình 3.12. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hiệu suất thủy phân tinh bột 49
vi

Hình 3.13. Ảnh hưởng của thành phần môi trường đến hoạt độ cellulase 50
Hình 3.14. Ảnh hưởng của thành phần môi trường đến hiệu suất thủy phân cellulose 51
Hình 3.15. Ảnh hưởng của độ tỷ lệ đậu nành đến hoạt độ cellulase 52
Hình 3.16. Ảnh hưởng của tỷ lệ đậu nành đến hiệu suất thủy phân cellulose 53
Hình 3.17. Ảnh hưởng của tỷ lệ đậu nành đến hoạt độ amylase 54
Hình 3.18. Ảnh hưởng của tỷ lệ đậu nành đến hiệu suất thủy phân tinh bột 55
Hình 3.19. Sơ đồ quy trình ủ bã sắn với chủng vi khuẩn Bacillus subtilis C7 56

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của củ sắn 6
Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lượng của thế giới từ năm 1995-2008 10
Bảng 1.3. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của Việt Nam giai đoạn
1995 - 2008 11

8

MỞ ĐẦU
Ở Việt Nam và nhiều nước trên thế giới, sắn là cây lương thực đứng thứ 3 sau
lúa gạo và ngô, là cây dễ chăm sóc và chịu hạn tốt, năng suất ổn định và ít sâu
bệnh. Sắn thường được trồng ở những vùng đất bạc màu, những nơi đất trống, đồi
trọc mà ở đó những cây lương thực khác không phát triển được. Cho nên sắn góp
phần quan trọng vào việc phủ xanh đất trống đồi trọc và tham gia đắc lực vào quá
trình chuyển dịch cơ cấu kinh tế, đặc biệt là vùng trung du miền núi.
Sản phẩm của cây sắn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế và đời sống.
Sắn là nguồn lương thực trực tiếp cho con người và làm thức ăn gia súc, ngoài ra còn
là nguồn nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác như: công nghiệp dược, may
mặc, thực phẩm,…Giá trị đích thực của cây sắn được tăng lên sau khi chế biến.
Trong quá trình sản xuất tinh bột sắn một số lượng lớn bã sắn sau khi tách lấy
tinh bột được phơi làm thức ăn gia súc và một phần được thải ra môi trường. Trong
bã sắn vẫn chứa tinh bột, protein. Tuy nhiên trong bã sắn có chứa hàm lượng glucozit
như metylgucozit, linamarin… gây ngộ độc và hàm lượng cellulose, phytate cao
khiến vật nuôi không hấp thu được chất dinh dưỡng. Đã có một số nghiên cứu, ứng

dụng quy mô nhỏ, mô hình phòng thí nghiệm hay phương pháp thủ công như lên
men, bổ sung vi khuẩn lactic vào bã sắn giúp cho vật nuôi hấp thụ tốt hơn.
Xuất phát từ mục tiêu nâng cao giá trị sử dụng cho bã sắn để làm thức ăn cho
gia súc nhờ vi khuẩn Bacillus subtilis và được sự hướng dẫn của TS. Nguyễn
Minh Trí em tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Nghiên cứu quy trình ủ bã sắn với
chủng vi khuẩn Bacillus subtilis C7 để thủy phân tinh bột và cellulose”.
Nội dung nghiên cứu:
 Nghiên cứu các thông số chính của quy trình ủ bã sắn với chủng vi
khuẩn Bacillus subtilis C7 để mức độ thủy phân tinh bột và cellulose cao nhất.
 Đề xuất quy trình ủ bã sắn.
Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp cho ngành khoa học thức ăn chăn
nuôi những thông tin cơ bản và hệ thống về phương pháp nghiên cứu khả năng
9

thủy phân tinh bột và cellulose của chủng vi khuẩn Bacillus subtis C7 trên môi
trường bã sắn. Những thông tin này có thể được dùng để tham khảo cho các đề tài
ứng dụng và các đề tài cùng lĩnh vực.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Việc sử dụng bã sắn làm thức ăn cho heo sẽ làm giảm giá thành thức ăn hỗn
hợp và nâng cao hiệu quả chăn nuôi. Vấn đề môi trường đối với trong sản phẩm
thừa sẽ được giải quyết một phần làm hạn chế ô nhiễm ở khu chế xuất.

10

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY SẮN
1.1.1. Phân loại sắn
Sắn là loại cây lương thực có nhiều tinh bột được trồng phổ biến ở khắp nơi
trên thế giới, do có nhiều ưu thế hơn so với các loại cây khác: Sắn rất dễ trồng có
thể thích ứng với nhiều nguồn đất, đặc biệt là đất đồi, khí hậu ôn đới và nhiệt đới
ít công chăm sóc mà lại cho năng suất và giá trị kinh tế cao [8].
Phân loại sắn: có rất nhiều cách để phân loại sắn phụ thuộc vào đặc điểm, thời
gian sinh trưởng, hàm lượng độc tố… Nhưng nói chung về ý nghĩa kinh tế và tính
chất công nghệ trong sản xuất tinh bột thì sắn được chia làm 2 loại chính là sắn đắng
và sắn ngọt. Cách chia này phụ thuộc vào hàm lượng bột và độc tố trong củ sắn [5].
Sắn đắng (Manihot utilysma) hay còn gọi là sắn dù, sắn say. Sắn đắng cây
thấp (cây cao không quá 1m), nên ít bị đổ do bão, đốt ngắn, thân cây khi non có
màu xanh nhạt, có vỏ gỗ màu nâu sẫm, thịt củ có màu trắng, có hàm lượng tinh
bột cao. Tuy nhiên hàm lượng độc tố trong sắn cũng khá cao nên khi ăn tươi, luộc,
nấu dễ gây ngộ độc.
Sắn ngọt (Manihot dulcis), gồm các loại như: sắn vàng, sắn trắng… Có hàm

lượng độc tố thấp, về hàm lượng tinh bột biến đổi mạnh giữa các giống sắn. Mỗi
loại sắn có đặc điểm riêng để phân biệt. Sắn vàng hay còn gọi là sắn nghệ, khi non
có màu xanh thẫm, cuống lá có màu đỏ sọc nhạt, vỏ gỗ của củ có màu nâu, vỏ cùi
trắng, thịt củ lại có màu vàng nhạt. Sắn đỏ có hàm lượng tinh bột thấp nhất chiếm
khoảng 20% sắn đỏ có thân cây thấp, khi nhỏ thân có màu xanh thẫm, cuống và
gân lá có màu đỏ thẫm, củ dài, to, vỏ gỗ màu nâu đậm, vỏ cùi dày, màu hơi đỏ,
thịt củ trắng. Sắn trắng thân cao, khi non màu xanh nhạt, cuống lá màu đỏ, củ
ngắn và mập, vỏ gỗ màu xám nhạt, thịt củ và vỏ cùi trắng. Nói chung so với sắn
đắng thì sắn ngọt có hàm lượng tinh bột thấp hơn nhưng ít độc tố nên có thể ăn
tươi không bị ngộ độc, dễ chế biến [5].
11

1.1.2. Đặc điểm cấu tạo và thành phần hóa học của củ sắn
1.1.2.1. Cấu tạo của củ sắn [5]








Sắn là loại rễ củ có lõi nối từ thân dọc theo củ đến đuôi củ, củ sắn thường vót
hai đầu, kích thước củ dao động trong khoảng khá rộng; chiều dài 0,1÷1m đường
kính 2÷8cm tùy thuộc vào giống, điều kiện canh tác, chất đất. Đường kính của củ
không đều theo chiều dài củ, đầu cuống củ to và nhiều xơ còn đuôi củ nhỏ vuốt và
mềm, ít xơ hơn do phát triển sau.
Cấu tạo của củ sắn gồm 4 phần chính:
Vỏ gỗ: hay còn gọi là vỏ lụa là lớp bao bọc ngoài cùng của củ sắn, dài khoảng
0,2÷0,6mm, thường chiếm từ 0,5÷3% khối lượng toàn củ sắn. Lớp vỏ gỗ dày gồm

những tế bào sít, thành dày được cấu tạo chủ yếu từ cellulose và hemicellulose
không chứa tinh bột có tác dụng bảo vệ củ sắn khỏi bị tác động của các yếu tố bên
ngoài làm hư hỏng, đồng thời có tác dụng phòng mất nước cho củ. Trong sản xuất
tinh bột lớp vỏ gỗ được loại bỏ.
Vỏ cùi: hay vỏ thịt nằm trong lớp vỏ gỗ, lớp vỏ cùi dày hơn lớp vỏ gỗ
(khoảng 1÷3mm) chiếm 5÷20% trọng lượng củ. Cấu tạo gồm các lớp tế bào mô
cứng phủ ngoài, thành phần chủ yếu của lớp này là cenlulose, pectin, tinh bột và
chứa nhiều dịch độc khác từ bên ngoài. Bên trong lớp tế bào mô cứng là lớp tế bào
mô mềm chứa các hạt tinh bột, nếu không tách thì chế biến khó khăn vì nhiều chất
trong mủ ảnh hưởng tới màu sắc của tinh bột.
Hình 1.1. Hình ảnh cây sắn và củ sắn
12

Thịt củ: phần quan trọng nhất của củ sắn chiếm khoảng 77÷94% khối lượng
toàn củ sắn. Thịt sắn khi mới đào dỡ có màu trắng mịn, nếu bị sây sát hay bảo
quản lâu sẽ chuyển sang màu vàng. Lớp ngoài cùng của củ sắn là lớp sinh gỗ chỉ
mỏng. Với củ phát triển bình thường, thu hoạch đúng vụ thì tầng sinh gỗ chỉ xuất
hiện khi luộc, còn với củ đào muộn thì thấy rõ hơn. Tiếp trong phần sinh gỗ là thịt
sắn, gồm các tế bào nhu mô thành mỏng là chính, chứa các hạt tinh bột, nguyên
sinh chất, gluxit hòa tan, một lượng nhỏ protein, lipit, các chất khoáng, vitamin và
một số enzyme, đây là phần dự trữ chủ yếu các chất dinh dưỡng của củ. Trong tế
bào thịt củ sắn cũng chứa dịch bào nhưng hàm lượng ít hơn so với trong vỏ cùi
(khoảng 0,3÷5%). Ngoài các tế bào nhu mô, trong thịt sắn còn có các tế bào thành
cứng mà các thành phần chủ yếu cellulose nên cứng như gỗ gọi là xơ không chứa
tinh bột. Các tế bào này tạo thành những lớp xơ, thường có nhiều ở đầu cuống.
Đặc biệt ở sắn lâu năm sẽ hình thành các vòng xơ, mỗi năm một vòng, sắn càng
lâu năm cho hiệu suất tinh bột càng thấp. Hàm lượng tinh bột phân bố trong lớp
thịt sắn không đều, lớp thịt càng gần vỏ hàm lượng tinh bột càng cao, càng gần lõi
hàm lượng tinh bột càng thấp.
Lõi sắn: Thường nằm ở trung tâm của củ và chạy suốt từ đầu cuống tới đuôi

củ, càng sát cuống thì lõi càng lớn và nhỏ dần về phía đuôi củ. Lõi sắn chiếm
khoảng 0,3÷1% khối lượng toàn củ sắn. Lõi sắn có thành phần chủ yếu là
cellulose và một lượng rất nhỏ tinh bột, lõi có chức năng lưu thông nước, chất
dinh dưỡng giữa cây và củ.
1.1.2.2. Thành phần hóa học của củ sắn
Thành phần hóa học của củ sắn phụ thuộc rất nhiều vào giống, loại đất, điều
kiện canh tác, khí hậu, thời gian thu hoạch…
Tinh bột: Trong thành phần hóa học của sắn tinh bột chiếm tỉ lệ cao
(20÷34%). Hàm lượng của sắn cao hay thấp còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố, trong
đó độ già có ý nghĩa rất quan trọng mà độ già lại phụ thuộc vào thời gian thu
hoạch. Ở các tỉnh phía bắc nước ta, với giống sắn có thời gian sinh trưởng 1 năm
thì trồng vào tháng 2 và thu hoạch từ tháng 9 đến tháng 4 năm sau. Thu hoạch sắn
13

vào tháng 12 và tháng 1 thì hàm lượng tinh bột cao nhất. Tháng 9, tháng 10 củ ít
tinh bột, hàm lượng nước cao, lượng chất hòa tan lớn, sắn non không chỉ cho hiệu
suất thu hồi tinh bột thấp mà còn khó bảo quản tươi. Ngược lại thu hoạch vào
tháng 3, tháng 4 hàm lượng tinh bột lại giảm vì một phần tinh bột bị phân hủy
thành đường để nuôi mầm non khi cây chưa có khả năng quang hợp.

Đường: Trong bã sắn chiếm 1,0÷3,1%, chủ yếu là glucose và một ít maltose,
saccarose. Sắn càng già thì hàm lượng đường càng giảm. Trong khi chế biến
đường hòa tan trong nước ra theo nước thải.
Protein: Protein của củ sắn tới nay chưa được nghiên cứu kỹ vì hàm lượng
thấp nên ít ảnh hưởng tới quy trình công nghệ. Do đặc điểm nghèo protein, ở Việt
Nam và nhiều nước trên thế giới chủ yếu sử dụng sắn để sản xuất tinh bột và
protein được thải ra chất thải làm hôi thối gây ô nhiễm môi trường.
Độc tố: Trong sắn củ tươi có chứa một lượng hợp chất glucozit linamarin
(C
10
H
17
O
6
) nhất là khi củ chưa được thu hoạch bản thân hợp chất này không độc
nhưng khi trong môi trường acid (như trong dạ dày sau khi ăn hay trong dịch sản
xuất tinh bột) bị phân hủy và giải phóng ra acid HCN là chất độc một lượng nhỏ
cũng đủ gây chết người (lượng HCN có thể gây chết người là 1mg/1kg cơ thể).
Thành phần Tỷ lệ %
Nước 60÷74,2
Tinh bột 20÷34
Protein 0,8÷1,2
Chất béo 0,3÷0,4
Cellulose 1,0÷3,0
Đường tro 1,0÷3,1
Tro 0,54
Các polyphenol 0,1÷0,3
Độc tố 0,001÷0,04
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của củ sắn [4]

14

Độc tố tập trung ở vỏ cùi và dễ hòa tan trong nước, vì vậy khi ăn tươi nên bóc vỏ
cùi và ngâm trong nước khoảng 2÷3 giờ để loại độc tố.
Trong sản xuất tinh bột, HCN phản ứng với Fe thường có trong nước tạo
thành xianat có màu xám đen, do đó không tách dịch nước ra nhanh sẽ ảnh hưởng
đến màu sắc tinh bột, làm giảm chất lượng thành phẩm.
Sắn bị chảy nhựa sẽ ảnh hưởng không tốt đến chất lượng sắn cũng như quy trình
công nghệ trong quá trình sản xuất tinh bột sắn. Sau khi luộc sắn ăn thì bị sượng.
1.1.3. Các sản phẩm được sản xuất từ sắn
1.1.3.1. Tinh bột sắn

Cấp nhiệt (lò đốt sử dụng dầu FO)
Hình 1.2. Quy trình sản xuất tinh bột sắn
Nguyên liệu
Chà và rửa củ
Nước
Băm, nghiền/nạo củ
Ly tâm trích ly tinh bột 1
Ly tâm trích ly tinh bột 2
Ly tâm trích ly tinh bột 3
Nước
Bã sắn (xơ)
Dịch củ
Cô đặc để thu tinh bột có độ ẩm 35-40%
Sấy khí động
Sữa tinh bột sắn
Phân ly tách tinh bột
Làm nguội Không khí
Rây mịn
Đóng bao
Sản phẩm
15

Trong quá trình sản xuất tinh bột sắn sẽ thải ra một lượng lớn bã sắn bao gồm
hai loại:
 Loại thứ nhất là bã thải do quá trình rửa và bóc vỏ gỗ, chiếm tỉ trọng ít và
thành phần chủ yếu là cellulose, hemicellulose, cát và sạn. Loại này thường được
chôn lấp hợp vệ sinh hoặc dùng làm phân bón.
 Loại thứ hai là phần bã còn lại sau khi tách tinh bột sắn được gọi là bã sắn.
Trong loại bã này có chứa phần lớn là cellulose và một phần tinh bột còn sót

lại. Mục đích của nghiên cứu này là sử dụng chủng Bacillus subtilis C7 để chuyển
các thành phần này thành các hợp chất đơn giản và dễ hấp thụ cho gia súc.
Tinh bột sắn được sử dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm và ngoài thực
phẩm.
1.1.3.2. Sản phẩm khác
Sắn có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức ăn gia súc và
lương thực thực phẩm. Củ sắn dùng để ăn tươi, làm thức ăn gia súc, chế biến
sắn lát khô, bột sắn nghiền, tinh bột sắn, tinh bột sắn biến tính, các sản phẩm từ
tinh bột sắn như bột ngọt, cồn, maltodextrin, lysine, acid citric, xiro glucose và
đường glucose tinh thể, mạch nha giàu maltose, hồ vải, hồ giấy, phủ giấy, bìa
các tông, bánh kẹo, mì ăn liền, bún, miến, mì ống, mì sợi, bột khoai, bánh
tráng, hạt trân châu, phụ gia thực phẩm, phụ gia dược phẩm, sản xuất màng phủ
sinh học, chất giữ ẩm.
Thức ăn gia súc: do sự thiếu hụt trầm trọng các loại thức ăn cho gia súc, các
công thức dựa trên sắn đã được nghiên cứu phát triển. Thức ăn gia súc từ sắn được
làm giàu bằng các nguồn protein truyền thống và phi truyền thống.
Các sản phẩm phi truyền thống: giá xăng dầu tăng nhanh dẫn đến việc phát
triển các loại xe chạy bằng cồn ở nhiều nước trên thế giới. Sắn được coi là một
trong những loại nguyên liệu dùng để sản xuất cồn nguyên liệu. Ngoài ra, cồn sản
xuất từ cây sắn sẽ giải quyết vấn nạn thiếu cồn ở nhiều nước trên thế giới.

16

1.1.4. Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới và Việt Nam
1.1.4.1. Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên thế giới
Sắn là cây lương thực quan trọng ở nhiều nước trên thế giới. Sắn có xuất
xứ từ Trung-Nam Mỹ, sau đó được phát triển sang Châu Phi và Châu Á. Hiện
nay có trên 100 nước trồng sắn với diện tích khoảng 16 triệu ha, tổng sản lượng
155÷170 triệu tấn/năm tập trung ở những nước có khí hậu nhiệt đới (từ 30
0

vĩ
nam tới 30
0
vĩ bắc) [5].
Sắn được dùng làm thức ăn lương thực cho người và thức ăn gia súc là chủ
yếu: 58% được sử dụng làm lương thực, 28% làm thức ăn gia súc, 3% dùng làm
nguyên liệu cho công nghiệp (như công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp
chế biến hàng tiêu dùng, công nghiệp hóa dược phẩm…), 15% sản lượng còn lại
được sản xuất sang các nước Châu Âu, một số nước Châu Á và Nhật Bản dưới
dạng tinh bột sắn, sắn ép viên, sắn lát khô…[5].
Diện tích, năng suất và sản lượng sắn trên thế giới có chiều hướng gia tăng từ
năm 1995 đến nay (Bảng 1.2 dưới đây). Năm 2008, sản lượng sắn thế giới đạt
238,45 triệu tấn củ tươi so với 223,75 triệu tấn năm 2007 và năm 1995 là 161,79
triệu tấn. Nước sản xuất sắn nhiều nhất là Nigeria (45,72 triệu tấn), kế đến là Thái
Lan (22,58 triệu tấn) và Indonesia (19,92 triệu tấn). Nước có năng suất sắn cao
nhất là Ấn Độ (31,43 tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21,09 tấn/ha), so với năng suất
sắn bình quân của thế giới là 12,87 tấn/ha (FAO, 2008). Việt Nam đứng thứ mười
về sản lượng sắn trên thế giới (9,38 triệu tấn).








17

Năm Diện tích (triệu ha) Năng suất (tấn/ha) Sản lượng
(nghìn tấn)
1995 16,43 9,84 161,79
1996 16,25 9,75 158,51
1997 16,05 10,06 161,60
1998 16,56 9,90 164,10
1999 16,56 10,31 170,92
2000 16,86 10,70 177,89
2001 17,17 10,73 184,36
2002 17,31 10,61 183,82
2003 17,59 10,79 189,99
2004 18,51 10,94 202,64
2005 18,69 10,87 203,34
2006 20,50 10,90 224,00
2007 18,39 12,16 223,75
2008 21,94 12,87 238,45
(Nguồn: Trần Công Khanh tổng hợp từ FAOSTAT qua các năm)
1.1.4.2. Tình hình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam
Ở Việt Nam, cây sắn đã chuyển đổi vai trò từ cây lương thực thành cây công
nghiệp với tốc độ cao, năng suất và sản lượng sắn đã tăng nhanh ở thập kỷ đầu của
thế kỷ XXI (Bảng 1.3). Cây sắn là nguồn thu nhập quan trọng của các hộ nông
dân nghèo do sắn dễ trồng, ít kén đất, ít vốn đầu tư, phù hợp sinh thái và điều kiện
kinh tế nông hộ.
Tại Việt Nam, sắn được canh tác phổ biến ở hầu hết các tỉnh của các vùng
sinh thái nông nghiệp. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam qua các
năm và phân theo các vùng sinh thái được thể hiện qua Bảng 1.3. Diện tích sắn
Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lượng của thế giới từ năm 1995-2008
18

nhiều nhất ở vùng Bắc Trung bộ và Duyên hải miền Trung (168,80 ngàn ha).
Tây Nguyên là vùng sản xuất sắn lớn thứ hai của cả nước, tập trung chủ yếu ở
bốn tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk và Đăk Nông. Năm 2008, diện tích sắn
của Tây Nguyên đạt 150,100 ha, nhưng năng suất bình quân chỉ đạt 15,7
tấn/ha, tổng sản lượng 2,35 triệu tấn, thấp hơn rất nhiều so với năng suất và sản
lượng sắn của vùng Đông Nam Bộ (23,74 tấn/ha và 2,69 triệu tấn) (Tổng cục
thống kê, 2009).

Năm Diện tích
(nghìn ha)
Năng suất
(tấn/ha)
Sản lượng
(triệu tấn)
1995 164,30 9,84 1,62
1996 275,60 7,50 2,06
1997 254,40 9,45 2,40
1998 235,50 7,55 1,77
1999 226,80 7,96 1,80
2000 234,90 8,66 2,03
2001 250,00 8,30 2,07
2002 329,90 12,6 4,15
2003 371,70 14,06 5,23
2004 370,00 14,49 5,36
2005 425,50 15,78 6,72
2006 474,80 16,25 7,77
2007 496,80 16,07 7,98
2008 557,40 16,85 9,3
(Nguồn: Trần Công Khanh tổng hợp từ Niên giám thống kê qua các năm)
Bảng 1.3. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của Việt Nam giai đoạn 1995 - 2008

19

Sản xuất lương thực là ngành trọng tâm và có thế mạnh của Việt Nam tầm
nhìn đến năm 2020. Chính phủ Việt Nam chủ trương đẩy mạnh sản xuất lúa, ngô
và coi trọng việc sản xuất sắn, khoai lang ở những vùng, những vụ có điều kiện
phát triển. Thị trường xuất khẩu sắn lát và tinh bột sắn Việt Nam dự báo thuận lợi
và có lợi thế cạnh tranh cao do có nhu cầu cao về chế biến bioethanol, bột ngọt,
thức ăn gia súc và những sản phẩm tinh bột biến tính. Diện tích sắn của Việt Nam
dự kiến ổn định khoảng 450 nghìn ha nhưng sẽ tăng năng suất và sản lượng sắn
bằng cách chọn tạo và phát triển các giống sắn tốt có năng suất củ tươi và hàm
lượng tinh bột cao, xây dựng và hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tác sắn bền
vững và thích hợp vùng sinh thái [24].
1.1.4.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng bã sắn hiện nay
Bã sắn được thải ra trong quá trình sản xuất tinh bột và tập trung nhiều tại Đồng
Nai, Gia Lai, Tây Ninh và Bình Phước. Theo ước tính, một nhà máy chế biến có công
suất 30÷100 tấn/ngày thì sẽ sản xuất được 7,5÷25 tấn tinh bột, kèm theo đó là 12÷48
tấn bã. Thứ phế thải này thường được phơi khô thành từng luống trắng xoá trên đồng
ruộng và dùng để bổ sung cellulose cho gia súc, gia cầm. Tuy nhiên, do khó tiêu và
không mùi nên bã sắn không hấp dẫn đối với vật nuôi. Nếu trời mưa vài ngày thì bã
sắn thối rữa, bốc mùi hôi thối. Đến khi trời nắng lên thì nấm mốc độc hại phát triển và
theo gió phân tán khắp nơi, ảnh hưởng tới môi trường và sức khoẻ con người.

b
Hình 1.3. Hình ảnh bã sắn
(a). Bã s
ắ
n tươi (b). B
ã s
ắ
n khô

a

20

Hiện nay, bã sắn tại các nhà máy sản xuất tinh bột sắn được bán cho các
doanh nghiệp hoặc người dân chăn nuôi nhỏ với giá rất rẻ khoảng 800 đồng/kg bã
tươi và 2000 đồng/kg bã khô. Với giá thành như vậy thì việc sử dụng bã sắn để
sản xuất các sản phẩm khác là hoàn toàn thuận lợi, vừa giải quyết được vấn đề
môi trường, vừa tăng thêm giá trị sử dụng và kinh tế cho bã sắn.
Bã sắn được sử dụng để sản xuất ra các sản phẩm sau:
• Thức ăn cho động vật nhai lại
• Sản xuất thức ăn chăn nuôi có giá trị cao từ bã sắn
• Sản xuất cồn sinh học
• Tạo chất dính cho sản xuất diêm
• Dùng làm phân bón
• Sản xuất ethanol sinh học
Bã sắn là dạng phế liệu của ngành công nghiệp sử dụng các nguyên liệu nông
nghiệp có sản lượng lớn và phổ biến trên thế giới. Nền công nghiệp sản xuất tinh

bột sắn ở một số nước đã đạt đến con số hàng nghìn tấn sắn củ mỗi ngày, đồng
nghĩa với việc thải ra hàng trăm tấn bã sắn mỗi ngày. Đây có thể là vấn nạn của
môi trường nếu không có biện pháp xử lý. Hiện nay, nhờ sự phát triển của ngành
công nghệ sinh học mà nguồn phế liệu này đang có xu hướng trở thành nguồn
nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác và ngày càng có nhiều nghiên cứu
tập trung đến vấn đề này. Một số nghiên cứu tiêu biểu như:
Nguyễn Hữu Văn, Nguyễn Xuân Bả và Bùi Văn Lợi (2009) [16] đã tiến hành
khảo sát, đánh giá giá trị dinh dưỡng của bã sắn công nghiệp ủ chua với các phụ
gia để làm thức ăn cho gia súc nhai lại. Kết quả cho thấy ủ chua là biện pháp phù
hợp để bảo quản bã sắn làm thức ăn cho gia súc nhai lại trong điều kiện nông hộ.
Hàm lượng HCN giảm đáng kể sau 21 ngày ủ nên có thể sử dụng một lượng lớn
bã sắn ủ trong khẩu phần cho gia súc nhai lại mà không gây ngộ độc.
Nhóm tác giả Lương Hữu Thành (Viện Môi trường Nông nghiệp) và Nguyễn
Kiều Bằng Tâm (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội)
[14] đã sử dụng chế phẩm vi sinh vật do Bộ môn Vi sinh Môi trường, Viện Môi
21

trường Nông nghiệp cung cấp (thành phần chính gồm xạ khuẩn, nấm men, vi khuẩn
với hoạt tính phân giải cellulose, tinh bột và phân giải phosphatase khó tan), sau đó
cho ủ cùng bã sắn theo phương pháp ủ kết hợp có bổ sung thêm các nguyên liệu phụ
như rỉ mật, ure, kali, super lân, vôi bột để làm thức ăn cho gia súc.
Trên thế giới, một số nước nhờ sự tiến bộ, phát triển của khoa học công nghệ
sinh học đã ứng dụng các tiềm năng sinh học vào quá trình nâng cao giá trị cho
các phế liệu của ngành nông - công nghiệp như bã sắn, bã cà phê, bã táo ép, bã
đậu nành, Một số công trình nghiên cứu điển hình như:
S.Gaewchingduang và P. Pengthemkeerati (2010) [20] đã chỉ ra các biện pháp
xử lý bã sắn nhằm nâng cao hiệu suất chuyển hóa thành đường khi thủy phân bã
sắn bằng enzyme và bằng acid. Kết quả cho thấy khi thủy phân bã sắn bằng
enzyme thì xử lý nhiệt ở 130
0

C trong 30 phút sẽ làm tăng hiệu suất thu hồi đường,
trong khi đối với thủy phân bằng acid là 120
0
C trong 60 phút.
Ở Việt Nam, bã sắn chủ yếu sử dụng để làm thức ăn gia súc trực tiếp, ủ chua hay
phơi khô nhưng chất lượng không cao. Đã có nhiều nghiên cứu nhằm tận dụng và
nâng cao chất lượng bã sắn từ quá trình sản xuất tinh bột thủ công hoặc bán công
nghiệp bằng cách dùng men thuốc bắc, sau 12 ngày lên men có thể tăng tỷ lệ protein
của bã sắn lên tới 8 - 9 lần, trung bình tăng 4 - 5 lần.
Năm 1995, Nguyễn Thị Xuân Sâm dùng hỗn hợp hai giống Phanerochaete
chrysosporium và Endomycopsis fibuligera để lên men trong môi trường 70% bã sắn,
30% chất dinh dưỡng đã thu được chế phẩm có hàm lượng protein 15-17%, không
chứa độc tố và đã được thử nghiệm làm thức ăn cho gia súc có hiệu quả.
Năm 1995, Nguyễn Thạc Hoà cũng sử dụng hai chủng trên để lên men trên
môi trường gồm bã sắn 75-80%, cám gạo 15-20% và các muối vô cơ bổ sung làm
thức ăn gia súc.
1.2. TỔNG QUAN VỀ BACILLUS SUBTILIS
1.2.1. Đặc điểm của Bacillus subtilis
Bacillus là tên của một chi gồm các vi khuẩn hình que (hay còn được gọi là
trực khuẩn) thuộc về họ Bacillaceae bộ Bacillales lớp Bacilli ngành Firmicules
22

và giới Bacteria. Chúng sống ở khắp nơi trong tự nhiên và có khả năng sinh
bào tử [23].
Bacillus là vi khuẩn Gram dương tính và catalase dương tính, sử dụng khí
oxy làm chất nhận electron khi trao đổi khí trong quá trình trao đổi chất. Qua
kính hiển vi Bacillus đơn lẻ có hình dạng giống những chiếc que, phần lớn
những chiếc que này có bào tử trong hình oval có khuynh hướng phình ra ở
một đầu [23].
Các loài Bacillus sp. đã, đang và ngày càng trở thành những vi sinh vật

quan trọng hàng đầu về mặt ứng dụng. Các ứng dụng của chúng bao trùm hàng
loạt lĩnh vực, từ sản xuất thực phẩm thủ công truyền thống đến công nghệ lên
men bia hiện đại, đến sinh học phân tử, y - dược chữa các bệnh hiểm nghèo,
mỹ phẩm, xử lý môi trường ô nhiễm, thu hồi bạc kim loại từ các phế liệu.
Chính vì vậy đã có nhiều nghiên cứu sâu về Bacillus sp. cũng như mở rộng ứng
dụng của chúng đối với đời sống con người.
Bacillus subtilis là trực khuẩn Gram dương, sinh bào tử, hiếu khí hoặc kị
khí không bắt buộc, catalase dương tính. Loài này có mặt ở khắp mọi nơi trong
tự nhiên: trong đất, nước, không khí và tồn tại cả trong những môi trường sống
khắc nghiệt, nhưng dễ tìm thấy trong đất và trong các chất hữu cơ bị thối rữa.
Đây là loài vi khuẩn có khả năng tạo bào tử trong điều kiện môi trường có nhiệt
độ cao và khô [4].









Hình 1.
4
. Hình thái t
ế

bào vi khu
ẩ
n
Bacillus subtilis

dưới kính hiển vi ở độ phóng đại 1000 lần
23

Bacillus subtilis: khuẩn lạc khô, không màu hay có màu xám nhạt, trắng, hơi
nhăn hay tạo ra lớp màng mịn, lan trên bề mặt thạch, có mép nhăn, mép lồi lõm
nhiều hay ít, bám chặt vào môi trường thạch. Trực khuẩn ngắn nhỏ kích thước từ
3÷5x0,6 nhiều khi nối lại thành sợi dài, ngắn khác nhau và có thể đứng riêng
rẽ. Nhiệt độ tối thích cho sinh trưởng là 36÷50
0
C, tối đa là 60
0
C. Bào tử chịu được
nhiệt độ khá cao, có hình bầu dục, phân bố không theo nguyên tắc chặt chẽ nào,
lệch tâm hoặc gần tâm nhưng không chính tâm.
Bacillus subtilis là chủng có khả năng sinh tổng hợp nhiều loại enzyme ngoại
bào như protease, amylase, phytase, cellulase có giá trị kinh tế, thương mại cao
nên được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm.
1.2.2. Một số nghiên cứu trong nước và thế giới
Bacillus subtilis ngày càng cho thấy vai trò của chúng trong các ngành công
nghiệp như dệt, thuộc da, thực phẩm, y học , bằng chứng là có rất nhiều công
trình nghiên cứu về Bacillus subtilis công bố khả năng sinh enzyme ngoại bào và
việc sử dụng các loại enzyme này vào mục đích thương mại cho các ngành công
nghiệp. Một số công trình nghiên cứu tiêu biểu về Bacillus subtilis:
Vũ Văn Ngữ (1982) và các cộng sự đã sản xuất thử nghiệm chế phẩm
Coli_subtly (Escherichia coli và Bacillus subtilis) làm giảm tái phát do bệnh tiêu
chảy gây ra ở lợn so với phương pháp điều trị bằng kháng sinh, kết quả heo tăng
trọng tốt [11].
Norio Kimura Yokohamo (1940) đã nghiên cứu sử dụng chế phẩm Bacillus

subtilis để ngăn chặn sự phát triển và sinh độc tố của chủng nấm mốc Aspergilus
flavus, Aspergillus paraciticu [19].
Sự bổ sung 0,02% canxi (10 mM) hoặc peptone (1%) và chiết xuất nấm men
(0,5%) cùng 2% nguồn tinh bột hòa tan như là nguồn cacbon duy nhất cũng đã cải
thiện sự tăng trưởng và tổng hợp amylase của chủng Bacillus chịu nhiệt bởi
Suman. S and Ramesh K. (2010).