Khảo sát một số đặc tính hóa, lý của dịch thải từ công đoạn ủ Viscozyme trong quy trình chiết xuất Lutein từ hoa cúc vạn thọ và đề xuất biện pháp xử lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG
…………






VƯƠNG THỊ KIM OANH




KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TÍNH HÓA, LÝ CỦA DỊCH
THẢI TỪ CÔNG ĐOẠN Ủ VISCOZYME TRONG
QUY TRÌNH CHIẾT XUẤT LUTEIN TỪ HOA CÚC
VẠN THỌ VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường



Nha Trang, tháng 6 năm 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG

…………






VƯƠNG THỊ KIM OANH




KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐẶC TÍNH HÓA, LÝ CỦA DỊCH
THẢI TỪ CÔNG ĐOẠN Ủ VISCOZYME TRONG
QUY TRÌNH CHIẾT XUẤT LUTEIN TỪ HOA CÚC
VẠN THỌ VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường
Cán bộ hướng dẫn: TS. Hoàng Thị Huệ An


Nha Trang, tháng 6 năm 2013
i

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài này, ngoài sự cố gắng của bản thân em đã nhận được rất

nhiều sự giúp đỡ, động viên và khích lệ của nhiều tập thể và cá nhân.
Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu trường Đại
học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường cùng quý
thầy cô đã giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo điều kiện
thuận lợi cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Sự biết ơn sâu sắc em xin gửi đến TS. Hoàng Thị Huệ An, người đã định
hướng và tận tình hướng dẫn, động viên, cho em những ý kiến thiết thực, quý giá
trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Qua đây, em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy cô và cán bộ Viện Công
nghệ Sinh học và Môi trường, Trung tâm Thí nghiệm - Thực Hành trường Đại học
Nha Trang, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài này.
Xin cảm ơn tất cả những người bạn đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ
em trong quá trình thực hiện đề tài.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến gia đình, bố mẹ và
anh chị em thân yêu, những người đã luôn dõi theo, chăm sóc, động viên và ủng hộ
cả vật chất lẫn tinh thần để cho em hoàn thành đề tài này.

Nha Trang, tháng 06 năm 2013
Sinh viên thực hiện

Vương Thị Kim Oanh
ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
DANH MỤC CÁC HÌNH vii
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1. Tổng quan về hoa cúc vạn thọ 3
1.1.1. Cúc vạn thọ 3
1.1.2. Thành phần hóa học 3
1.2. Quy trình sản xuất lutein bằng Viscozyme 4
1.2.1. Giới thiệu về Viscozyme 4
1.2.1.1. Đặc tính hóa lý của Viscozyme 4
1.2.1.2. Sự thủy phân cellulose bởi Viscozyme 4
1.2.3. Quy trình ủ hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme 6
1.3. Tổng quan về nước thải 8
1.3.1. Khái niệm và phân loại nước thải 8
1.3.2. Thành phần và các thông số đặc trưng của nước thải 9
1.3.2.1. Thành phần nước thải: 9
1.3.2.2. Các thông số đặc trưng chất lượng nước thải 11
1.3.3. Các thông số cơ bản đánh giá ô nhiễm và yêu cầu cần thiết phải xử lý
nước thải 12
1.3.3.1. Các thông số cơ bản đánh giá ô nhiễm 12
iii

1.3.3.2. Những ảnh hưởng của ô nhiễm nước gây ra đối với nguồn tiếp nhận
17
1.3.3.3. Nguyên tắc xả nước thải vào nguồn 17
1.4. Các phương pháp xử lý nước thải 18
1.4.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 18
1.4.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý và hóa học 20
1.4.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 23
1.4.4. Xử lý cặn (bùn) của nước thải 24
1.4.5. Xử lý nước thải bằng chế phẩm sinh học 24
1.4.5.1. Khái quát về chế phẩm sinh học EM và ứng dụng 24
1.4.5.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng chế phẩm sinh học EM trong xử lý môi
trường 25

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.1. Đối tượng nghiên cứu 27
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 27
2.1.2. Hóa chất 27
2.1.3. Dụng cụ và thiết bị 27
2.1.3.1. Dụng cụ 27
2.1.3.2. Thiết bị 28
2.2. Phương pháp nghiên cứu 28
2.2.1. Phương pháp thu mẫu 28
2.2.2. Xác định tỷ lệ dịch thải/nguyên liệu 28
2.2.3. Khảo sát các đặc tính hóa, lý của dịch thải theo thời gian 29
2.2.3.1. Khảo sát các đặc tính hóa, lý của dịch thải theo thời gian trong điều
kiện không xử lý 29
iv

2.2.3.2. Khảo sát các đặc tính hóa, lý của dịch thải theo thời gian khi xử lý
bằng biện pháp keo tụ kết hợp BIO-EM 30
2.2.4. Phương pháp đánh giá các chỉ số môi trường 31
2.2.4.1. Đánh giá cảm quan về mùi 31
2.2.4.2. Xác định độ màu
2.2.4.3. Xác định độ đục
2.2.4.4. Xác định pH
2.2.4.5. Xác định COD
2.2.4.6. Xác định BOD
5

2.2.4.7. Xác định TSS
2.4.4.8. Xác định đường tổng số
2.2.5. Phương pháp xử lý số liệu 32
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1. Xác định tỷ lệ dịch thải/nguyên liệu 33
3.2. Biến động một số đặc tính hóa, lý của dịch thải theo thời gian trong điều kiện
không xử lý 33
3.2.1. Đánh giá mùi 33
3.2.2. Biến động các chỉ tiêu hóa, lý khác của dịch thải trong điều kiện không
xử lý 35
3.3. Đánh giá một số chỉ tiêu hóa, lý của dịch thải sau khi xử lý bằng phương
pháp keo tụ 38
3.4. Biến động một số chỉ tiêu hóa, lý của dịch thải sau khi keo tụ kết hợp xử lý
bằng chế phẩm BIO-EM 39
3.4.1. Đánh giá mùi 39
3.4.2. Biến động COD 41
3.4.3. Kết quả khảo sát BOD
5
43
v

3.4.4. Kết quả khảo sát TSS 44
3.4.5. Kết quả khảo sát pH sau khi sử dụng BIO-EM 45
3.4.6. Kết quả khảo sát độ màu sau khi sử dụng BIO-EM 46
3.4.7. Kết quả khảo sát độ đục 47
3.5. So sánh các chỉ tiêu sau khi xử lý bằng phương pháp keo tụ kết hợp sử dụng
chế phẩm sinh học BIO-EM 48
3.6. Nhận xét chung về kết quả thí nghiệm 49
3.7. Đề xuất quy trình xử lý dịch thải 50
3.7.1. Đề xuất quy trình 50
3.7.2. Thuyết minh quy trình 51
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56
PHỤ LỤC

vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
BHL
-
Bùn hồi lưu
BTNMT
-
Bộ Tài Nguyên Môi Trường
BOD
Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy sinh hóa
CHC
-
Chất hữu cơ

COD
Chemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa học
CVT
-
Cúc vạn thọ
EM
Effective Microorganisms
Quần thể vi sinh vật có ích
FTU
Formazin Turbidity Units
Đơn vị đo độ đục
KCN
-
Khu công nghiệp
NTCN
-
Nước thải công nghiệp
NTSH
-
Nước thải sinh hoạt
PAA
Polyacrylamide
Polyacrylamid
PAC
Poly Aluminium Choloride
Poly Aluminium Choloride
QCVN
-
Quy chuẩn Việt Nam

rpm
round per minute
Vòng/phút
TSS
Total Suspendend Solide
Tổng chất rắn lơ lửng
VSV
-
Vi sinh vật
v/w
Volume/weight
Thể tích/khối lượng
v/v
Volume/volume
Thể tích/thể tích
vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Thành phần chất ô nhiễm trong các loại nước thải 10
Bảng 1.2. Các thông số hóa - lý - sinh chủ yếu đặc trưng cho chất lượng nước thải11
Bảng 1.3. Các giá trị cho phép tăng lên sau quá trình xả thải 17
Bảng 3.1. Kết quả xác định thể tích dịch thải /nguyên liệu 33
Bảng 3.2. Kết quả đánh giá cảm quan mùi dịch thải của hoa cúc vạn thọ từ công
đoạn ủ Viscozyme (khảo sát với 7 người) 33
Bảng 3.3. Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa, lý của dịch thải theo thời gian 35
Bảng 3.4. Kết quả phân tích các chỉ tiêu dịch thải cúc vạn thọ sau khi keo tụ 38
Bảng 3.5. Kết quả đánh giá cảm quan mùi sau khi sử dụng BIO-EM 39
trong điều kiện có và không sục khí 39
Bảng 3.6. Kết quả COD (mg/L) sau khi sử dụng BIO-EM 41

Bảng 3.7. Kết quả BOD5 sau khi sử dụng BIO-EM 43
Bảng 3.8. Kết quả TSS sau khi sử dụng BIO-EM 44
Bảng 3.9. Kết quả pH sau khi sử dụng BIO-EM 45
Bảng 3.10. Kết quả độ màu (Pt-Co) theo thời gian 46
Bảng 3.11. Kết quả độ đục sau khi sử dụng BIO-EM 47
Bảng PL1. Lượng hóa chất cần thiết để phân tích COD C
Bảng 1. Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp J
Bảng 2. Hệ số Kq của nguồn tiếp nhận nước thải là sông, suối, kênh, mương, khe,
rạch K
Bảng 3: Hệ số Kq của hồ, ao, đầm L
Bảng 4: Hệ số lưu lượng nguồn thải Kf M
Bảng 5. Hướng dẫn sử dụng chế phẩm sinh học BIO-EM O
vii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Cúc vạn thọ châu Phi (Tagetes erecta L.) 3
Hình 1.2. Quá trình thủy phân tế bào cánh hoa cúc vạn thọ bởi Viscozyme 5
Hình 1.3. Quá trình thủy phân của cellulose 6
Hình 1.4. Sơ đồ quy trình thu nhận lutein este cô đặc từ hoa cúc vạn thọ 8
với công đoạn xử lý nguyên liệu bằng Viscozyme trước khi chiết hexan 8
Hình 2.1. Dịch thải từ công đoạn ủ hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme 27
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát sự biến đổi tính chất hóa, lý 29
của dịch thải theo thời gian khi không xử lý 29
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát dịch thải khi xử lý bằng phương 30
pháp keo tụ kết hợp sử dụng BIO-EM 30
Hình 3.1. Sự biến đổi mùi của dịch thải hoa cúc vạn thọ theo thời gian 34
Hình 3.2. Dịch thải sau 3 ngày để ngoài môi trường 35
Hình 3.3. Biến động của một số đặc tính hóa, lý của dịch thải không xử lý 36
theo thời gian 36

Hình 3.4. So sánh các chỉ tiêu sau quá trình keo tụ 38
Hình 3.5. Điểm đánh giá mùi đối với dịch thải sau khi keo tụ và xử lý bằng 40
BIO-EM trong các điều kiện: a) có sục khí (EMS) ; b) không sục khí (EMK) 40
Hình 3.6. Biến động của COD theo thời gian sau khi keo tụ dịch thải và xử lý bằng
BIO-EM trong điều kiện có và không sục khí 41
viii

Hình 3.7. Dịch thải bổ sung BIO-EM có và không sục khí 43
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của BOD5 theo thời gian sau khi sử dụng
BIO-EM trong điều kiện có và không sục khí 43
Hình 3.9. Sự thay đổi của TSS theo thời gian sau khi sử dụng BIO-EM trong điều
kiện có và không sục khí 45
Hình 3.10. Sự thay đổi pH theo thời gian sau khi sử dụng BIO-EM 45
trong điều kiện có và không sục khí 45
Hình 3.11. Sự thay đổi độ màu theo thời gian sau khi sử dụng BIO-EM trong điều
kiện có và không sục khí 46
Hình 3.12. Sự thay đổi độ đục theo thời gian sau khi sử dụng BIO-EM 47
trong điều kiện có và không sục khí 47
Hình 3.13. Giá trị COD, BOD5, TSS của dịch thải sau keo tụ sau 4 ngày xử lý bằng
BIO-EM so với QCVN 24:2009 48
Hình 3.14. Mẫu dịch thải sau khi xử lý bằng keo tụ và keo tụ kết hợp BIO-EM 49
Hình 3.15. Quy trình đề nghị xử lý dịch thải từ công đoạn ủ Viscozyme trong quy
trình chiết xuất lutein 50
Hình PL1. Chế phẩm sinh học BIO-EM M
Hình PL2. Bình hút ẩm P
Hình PL3. Tủ sấy UNB 400 P
Hình PL4. Cân phân tích AY220, Nhật Bản P
Hình PL5. Máy đo pH P
Hình PL6. Máy phá mẫu COD Q
ix

Hình PL7. Máy sục khí Q
Hình PL8. Máy đo quang DR/2000 Q
Hình PL9. Bếp từ Q
1

LỜI MỞ ĐẦU

Để đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao của con người, hoạt động sản xuất
công nghiệp ngày càng phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ. Tuy nhiên, điều đó lại
phát sinh những ảnh hưởng tiêu cực làm suy thoái môi trường đất, nước, không khí,
làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Chính bản thân con
người phải gánh chịu những hệ quả đó. Do vậy, những vấn đề liên quan đến môi
trường đã và đang trở thành vấn đề cấp bách của toàn cầu.
Trong những năm gần đây, cùng với xu thế hội nhập và phát triển kinh tế
trong khu vực và trên thế giới, tốc độ công nghiệp hóa của Việt Nam ngày càng
nhanh, nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất ra đời, nhiều ngành công nghiệp, tiểu
thủ công nghiệp và nông nghiệp phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, ở nước ta với một
hệ thống luật môi trường chưa hoàn chỉnh cũng như hệ thống giám sát môi trường
còn yếu kém, hàng ngày một lượng nước thải không nhỏ được thải ra nguồn tiếp
nhận mà chưa qua hệ thống xử lý. Điều này làm môi trường ngày càng bị ô nhiễm
trầm trọng.
Cũng với mục tiêu phục vụ cho nhu cầu của con người, việc nghiên cứu chiết
xuất các hoạt chất sinh học từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên nhằm ứng dụng trong
công nghiệp thực phẩm và dược phẩm đang ngày càng được quan tâm. Trong số các
hoạt chất này, lutein – một carotenoid có màu vàng cam, được chiết xuất từ hoa cúc
vạn thọ - được biết đến như là một chất màu tự nhiên an toàn, đồng thời cũng là một
chất chống oxy hóa có nhiều ứng dụng khác nhau trong công nghiệp thực phẩm, mỹ
phẩm và dược phẩm. Theo những nghiên cứu gần đây của một số tác giả trong và
ngoài nước [1, 2, 3], để nâng cao hiệu quả chiết lutein từ hoa cúc vạn thọ, cần phá

vỡ màng tế bào chứa sắc tố bằng cách xử lý nguyên liệu hoa cúc vạn thọ bằng
Viscozyme
1
. Sau khi ly tâm để loại bỏ dịch thải, bã ly tâm được đem đi chiết
carotenoid bằng hexan. Tuy nhiên, theo một số nghiên cứu khác [11], dịch thải từ


1
đây là một enzyme hỗn hợp gồm beta-glucanase, xylanase, hemicellulase, cellulase
2

công đoạn xử lý enzyme như trên có chỉ số COD rất cao, nếu xả thải sẽ gây ô nhiễm
môi trường.
Để có thể nghiên cứu các biện pháp xử lý dịch thải này trước khi xả ra nguồn
tiếp nhận, việc khảo sát các đặc tính hóa lý của dịch thải ban đầu cũng như sự biến
động các đặc tính này theo thời gian là điều cần thiết. Đó chính là lý do chúng tôi
thực hiện đề tài ‘‘Khảo sát một số đặc tính hóa, lý của dịch thải từ công đoạn ủ
Viscozyme trong quy trình chiết xuất lutein từ hoa cúc vạn thọ và đề xuất biện
pháp xử lý’’.
Mục tiêu của đề tài là:
Tìm hiểu một số đặc tính hóa, lý của dịch thải trong các điều kiện khác nhau
và đề xuất biện pháp xử lý.
Nội dung nghiên cứu:
 Tìm hiểu quy trình ủ hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme.
 Khảo sát biến động theo thời gian của một số đặc tính hóa, lý của dịch
thải trong các điều kiện:
- Không xử lý.
- Xử lý bằng biện pháp keo tụ kết hợp sử dụng chế phẩm sinh học BIO-EM.
 Đề xuất phương hướng xử lý dịch thải nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu

còn hạn chế, cũng như thời gian và kinh phí hạn hẹp nên đề tài chắc chắn vẫn còn
tồn tại rất nhiều thiếu sót.
Kính mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để đề tài được
hoàn thiện hơn.

3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về hoa cúc vạn thọ
1.1.1. Cúc vạn thọ
Cúc vạn thọ (Tagetes spp.) thuộc họ Cúc (Asteraceae) thuộc loại thân thảo
mọc đứng, cao 0,6 – 1 m, phân nhánh thành bụi có cành nằm trải ra. Lá xẻ sâu hình
lông chim, các thùy hẹp, dài, nhọn, khía răng cưa. Đầu hoa tỏa tròn, rộng 3 – 4cm
hoặc hơn; hoa màu vàng hay vàng cam, mào lông gồm 6 – 7 vẩy rời nhau hoặc liền
nhau. Hoa ở phía ngoài hình lưỡi nhỏ xòe ra, hoa ở phía trong hình ống và nhỏ. Cây
ra hoa vào mùa đông cho tới mùa hạ [14].

Hình 1.1. Cúc vạn thọ châu Phi (Tagetes erecta L.)
1.1.2. Thành phần hóa học
Toàn cây cúc vạn thọ chứa 0,01% tinh dầu (ở mẫu khô lên đến 0,06%), có
mùi thơm, thành phần gồm có d-limonen, ocimen, l-linalyl acetat, l-linalool,
tagetone và nonanal. Hoa chứa chất màu là quercetagetin. Từ các cánh hoa khô,
người ta đã chiết được quercetagitrin và một glucosid của quercetagein [14].
4

Trong số các loài cúc vạn thọ thì cúc vạn thọ châu Phi (Tagetes erecta L.)
được xem là một nguồn tự nhiên giàu lutein nhất được biết hiện nay. Những nghiên
cứu về hóa thực vật cho thấy trong cúc vạn thọ có chứa nhiều hợp chất như
flavonoid, catotenoid (chủ yếu là mono- hay di- este của lutein với các carotenoid)

và các polyketides, antimutagen, phytorique và các chất dinh dưỡng khác. Ngoài ra,
hoa cúc vạn thọ còn chứa một số tinh dầu dễ bay hơi và nhiều hợp chất khác như
quercetagetine, kaempférol, … và các este của zeaxanthine [15].
1.2. Quy trình sản xuất lutein bằng Viscozyme
1.2.1. Giới thiệu về Viscozyme
1.2.1. 1. Đặc tính hóa lý của Viscozyme
Viscozyme L. là sản phẩm của hãng Novozyme (Đan Mạch), chứa hỗn hợp
enzyme gồm cellulase, hemicellulase và xylanase.
Đặc tính của sản phẩm Viscozyme:
+ Màu sắc: nâu
+ Trạng thái vật lý: lỏng;
+ Chất bảo quản: kali sorbat;
Các điều kiện tối thích cho Viscozyme hoạt động là: pH 3,3 – 5,5 và nhiệt độ
25 – 55
0
C [16].
Viscozyme là sản phẩm được sinh ra từ chủng nấm mốc Aspergillus
aculeatus. Viscozyme chứa các carbohydrase có thể làm phân hủy cellulose và
hemicellulose - thành phần chủ yếu của thành tế bào thực vật, nhờ đó giúp nâng cao
khả năng chiết các chất bên trong tế bào [9].
1.2.1.2. Sự thủy phân cellulose bởi Viscozyme
Việc chiết xuất lutein este từ cánh hoa cúc vạn thọ tươi được xử lý bằng
Viscozyme thương mại bao gồm các giai đoạn: ủ (lên men), ép/ly tâm, chiết lutein
este bằng hexan. Giai đoạn ủ Viscozyme được xác định là giai đoạn chính ảnh
hưởng đến việc thu hồi lutein este. Trong giai đoạn này, hệ enzyme đưa vào có tác
dụng thủy phân cellulose và hemicellulose tạo thành các sản phẩm phân hủy cấp
thấp (oligosaccharid như cellotetrose, cellobiose và glucose,…). Sự phân hủy này
5

làm tăng khả năng thẩm thấu của dung môi vào các tế bào sắc tố trong nguyên liệu

trong quá trình chiết.

Hình 1.2. Quá trình thủy phân tế bào cánh hoa cúc vạn thọ bởi Viscozyme
Quá trình thủy phân cellulose tạo thành được thực hiện nhờ sự tác dụng đồng
thời của 3 enzyme khác nhau [7]:
 Endo-1,4-β-glucanase (hay 1,4-β-D-glucan 4-glucanohydrolase): enzyme này
sẽ tấn công ngẫu nhiên vào các cơ chất 1,4-β-glucan tan và không tan.
 Exo-1,4-β-D-glucanase bao gồm 1,4-β-D-glucan glucohydrolase (enzyme
này có tác dụng giải phóng D-glucose từ 1,4-β-D-glucan và thủy phân chậm D-
cellobiose) và 1,4-β-glucan cellobiohydralase (enzyme này sẽ giải phóng cellobiose
từ 1,4-β-glucan).
 β-D-glucosidase (còn gọi là β-D-glucosidase glucohydrolase hay cellobiase) có
tác dụng tạo thành D-glucose từ cellobiose là cellodextrin, cũng như các oligomer của
glucose.
Nhóm enzyme endo và exo thường được gọi chung là enzyme cellulose, còn
β-D-glucosidase do có cấu trúc khác và cơ chế khác nên tách thành nhóm riêng.
6


Hình 1.3. Quá trình thủy phân của cellulose
1.2.3. Quy trình ủ hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme
Quy trình thu nhận lutein từ hoa cúc vạn thọ qua các bước sau:
- Chiết lutein este từ hoa cúc vạn thọ;
- Cô đặc dịch chiết để thu lutein oleoresin
- Xà phòng hóa lutein oleoresin và tinh chế để thu được lutein tự do.
Để chiết lutein este từ hoa cúc vạn thọ, các quy trình trước đây thường đi từ
nguyên liệu hoa cúc vạn thọ ở dạng bột khô sử dụng hexan làm dung môi chiết.
Việc chiết từ nguyên liệu khô đòi hỏi phải tốn năng lượng sấy và tổn thất lutein
trong nguyên liệu. Do vậy, các công trình nghiên cứu gần đây tập trung theo hướng
chiết trực tiếp từ nguyên liệu tươi. Tuy nhiên, một số kết quả nghiên cứu khác lại

cho thấy việc chiết lutein este từ hoa cúc vạn thọ tươi bằng hexan cho hiệu suất
chiết kém, hiệu quả kinh tế thấp. Nguyên nhân là do hoa cúc vạn thọ được bao bọc
bằng một lớp màng phức hợp cellulose – pectin - protein làm dung môi khó thẩm
7

thấu vào tế bào sắc tố. Vì vậy, việc nghiên cứu nâng cao hiệu suất chiết lutein este
bằng cách xử lý hoa cúc vạn thọ bằng enzyme trước khi chiết đang được quan tâm
[3]. Nhiều công trình gần đây tập trung vào việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả chiết
lutein ester bằng cách dùng các enzyme thương mại như cellulase hay hỗn hợp
cellulase, hemicellulase và pectinase để phá hủy màng tế bào chứa sắc tố.
TS. Hoàng Thị Huệ An (2013) đã thử nghiệm sử dụng Viscozyme
2
với nồng
độ 1,7% v/v, tỷ lệ dịch Viscozyme/nguyên liệu là 1,1 v/w để ủ hoa cúc vạn thọ
trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau đó, ly tâm hỗn hợp để xả bỏ dịch. Phần cánh hoa
đã xử lý enzyme được đưa vào công đoạn chiết sắc tố lutein bằng hexan (tỷ lệ 2/1
v/w) ở nhiệt độ phòng trong 18 giờ. Với quy trình này, kết quả nghiên cứu bước đầu
cho thấy hiệu suất thu nhận lutein este sau 2 lần chiết đạt gần 97%.
Trong khi đó, cũng theo một nghiên cứu trước đây của tác giả Hoàng Thị
Huệ An (2009), nếu chiết lutein este từ hoa cúc vạn thọ Tagetes erecta L. tươi bằng
cách xay nhỏ với aceton (15/1, v/w) sau đó chiết sang dung môi este dầu mỏ thì
hiệu suất thu nhận lutein este sau 3 lần chiết lần chỉ đạt khoảng 87% [3]. Như vậy,
rõ ràng là quy trình chiết lutein este từ hoa cúc vạn thọ đã được xử lý bằng
Viscozyme tiết kiệm được dung môi, thời gian và có hiệu quả hiệu quả kinh tế cao
hơn nhiều.
Tuy nhiên, từ quy trình này đã sinh ra một lượng dịch thải chứa nhiều hợp
chất hữu cơ là sản phẩm của quá trình phân hủy màng tế bào hoa cúc vạn thọ bằng
Viscozyme. Để đề xuất biện pháp xử lý dịch thải này trước khi xả vào nguồn tiếp
nhận, cần khảo sát một số đặc tính lý học và hóa học ban đầu của dịch thải (như độ
màu, mùi, pH, COD, BOD

5
, TSS,…) và sự biến động các thông số này theo thởi
gian trong các điều kiện khác nhau (không xử lý dịch thải; có xử lý,…).




2
Viscozyme L. (Novozyme, Đan Mạch) là một hỗn hợp enzyme chiết xuất từ chủng nấm mốc
Aspergillus aculeatus, chứa chủ yếu beta-glucanase (endo-1,3(4)-) và một phần xylanase, hemicellulase,
cellulase

8

Hình 1.4. Sơ đồ quy trình thu nhận lutein este cô đặc từ hoa cúc vạn thọ
với công đoạn xử lý nguyên liệu bằng Viscozyme trước khi chiết hexan
1.3. Tổng quan về nước thải
1.3.1. Khái niệm và phân loại nước thải
Nước thải là nước đã qua sử dụng vào các mục đích như: sinh hoạt, dịch vụ,
tưới tiêu, thủy lợi, chế biến công nghiệp, chăn nuôi,… Thông thường nước thải
được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng [11].
- Nồng độ Viscozyme: 1,7% v/v
- Viscozyme/N.Liệu: 1,1 v/w
- Nhiệt độ phòng
- pH 5,6
- Thời gian ủ: 1 h
Lutein este cô đặc
DỊCH THẢI
thải
Bã ly tâm
Dịch chiết lutein
este
Hoa cúc vạn thọ
Cô đặc
Ly tâm
Ủ với Viscozyme
Chiết lutein este
9

Nước thải sinh hoạt (NTSH): là nước thải từ khu dân cư, bao gồm nước sau
khi sử dụng từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, khu vui
chơi giải trí. Đặc điểm của nước thải sinh hoạt là trong đó có hàm lượng lớn các

chất hữu cơ dễ bị phân hủy (hidrat cacbon, protein, chất béo), các chất vô cơ sinh
dưỡng (phosphat, nitơ), cùng với vi khuẩn (có thể có cả vi sinh vật gây bệnh), trứng giun,
sán, …
Hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào
điều kiện sống, chất lượng bữa ăn, lượng nước sử dụng và hệ thống tiếp nhận nước
thải. Để đánh giá chính xác, cần phải khảo sát đặc điểm của nước thải từng vùng
dân cư như ở đô thị, nông thôn, miền núi, đồng bằng, khu du lịch, …
Nước thải công nghiệp (NTCN): là nước thải từ các xí nghiệp sản xuất công
nghiệp, thủ công nghiệp, giao thông vận tải. Nước thải loại này không có đặc điểm
chung mà phụ thuộc vào các quy trình công nghệ của từng loại sản phẩm. Nước thải
từ các cơ sở chế biến nông sản, thực phẩm (đường, sữa, bột, rượu bia …) và thủy
sản (tôm cá …) có chứa nhiều hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy; còn nước thải của
nhà máy thuộc da chứa nhiều kim loại nặng; nước thải của xí nghiệp làm ắcquy có
nồng độ axit và chì cao, …Nói chung, nước thải của các ngành công nghiệp hoặc xí
nghiệp khác nhau có thành phần hóa học và hóa sinh khác nhau.
Nước thấm qua: đó là nước mưa thấm vào hệ thống ống bằng nhiều cách
khác nhau (qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hố ga).
Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem như nước thải tự nhiên ở những
thành phố hiện đại, chúng được thu gom theo một hệ thống thoát riêng.
Nước thải đô thị: là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát
của một thành phố, đó là hỗn hợp của các loại nước thải kể trên.
1.3.2. Thành phần và các thông số đặc trưng của nước thải
1.3.2.1. Thành phần nước thải:
Nước thải là một hệ đa phân tán của các chất ô nhiễm trong nước (có thể ở
dạng không tan, lơ lửng, keo hoặc tan…). Thành phần của nước thải khác nhau tùy
thuộc vào nguồn gốc, điều kiện thu gom, khí hậu, …
10

Thành phần nước thải có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc lựa chọn và xây
dựng phương pháp xử lý.

Các tác nhân ô nhiễm trong nước thải có thể xếp làm 3 nhóm chính:
(1) Tác nhân vật lý: nhiệt độ, màu, mùi, …
(2) Tác nhân hóa học: chủ yếu là các hóa chất trong nước thải.
(3) Tác nhân sinh học: chủ yếu là các vi sinh vật.
Các tác nhân hóa lý và sinh học phổ biến thường được xếp vào các thành phần
chủ yếu như:
(1) Các chất rắn lơ lửng.
(2) Các muối vô cơ hòa tan.
(3) Các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học.
(4) Các chất dinh dưỡng (N, P).
(5) Các chất độc (kim loại độc: Cu, Pb, As, Mn, …); chất độc hữu cơ: hóa chất
bảo vệ thực vật, …).
(6) Các tác nhân gây bệnh.
Sự có mặt của các thành phần này trong các loại nước thải khác nhau được
thể hiện trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Thành phần chất ô nhiễm trong các loại nước thải

Nhóm các chất ô nhiễm
Các nguồn xác định
Các nguồn phân tán
NTSH
NTCN
Nước chảy tràn
đồng ruộng
Nước chảy
tràn đô thị
Các chất hữu cơ
dễ phân hủy sinh học
X
X

X
X
Các chất dinh dưỡng
X
X
X
X
Các tác nhân gây bệnh
X
X
X
X
Các chất rắn lơ lửng
X
X
X
X
Các muối vô cơ hòa tan

X
X
X
Các kim loại độc

X

X
Các chất độc hữu cơ

X

X


11

1.3.2.2. Các thông số đặc trưng chất lượng nước thải
Các thành phần của nước thải được đặc trưng bởi các thông số vật lý, hóa học
và sinh học. Các thông số cơ bản được giới thiệu trong bảng 1.2:
Bảng 1.2. Các thông số hóa - lý - sinh chủ yếu đặc trưng cho chất lượng nước
thải
ST
T
Thông số
Đơn vị đo
Đặc trưng cho
1



Vật
lý
Nhiệt độ
0
C
Tính chất vật lý
2
Màu
Độ Pt-Co
Tính chất cảm quan
3

Mùi
-
Tính chất cảm quan
4
TS: Tổng chất rắn
mg/L
Hàm lượng tổng các chất rắn
5
SS: Chất rắn lơ lửng
mg/L
Hàm lượng các chất rắn lơ lửng
6
VSS: Chất rắn lơ lửng
dễ bay hơi
mg/L
Hàm lượng phần các chất rắn lơ
lửng dễ bay hơi (chất hữu cơ)
7
TDS: Tổng chất rắn
hòa tan
mg/L
Hàm lượng tổng các muối tan
8

Hóa
học
pH
-
Môi trường axit – bazơ
9
Độ kiềm
mg/L
(CaCO
3
)
Độ kiềm tổng số
10
BOD
5
: Nhu cầu oxy
sinh học
mg/L
Chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học
11
COD: Nhu cầu oxy
hóa học
mg/L
Tổng chất hữu cơ

12
NH
3

-N: Nitơ amoni
mg/L
Hàm lượng nitơ dưới dạng NH
3
hay
NH
4
13
Org-N: Nitơ hữu cơ
mg/L
Hàm lượng nitơ dưới dạng hữu cơ
14
TKN: Tổng nitơ
Kjeldahl
mg/L
Tổng hàm lượng nitơ dạng amoni và
dạng hữu cơ
15
NO
3
-N: Nitơ nitrat
mg/L
Hàm lượng nitơ dưới dạng NO
3
-
16
NO
2
-N: Nitơ nitrit
mg/L

Hàm lượng nitơ dưới dạng NO
2
-
17
PO4-P Phosphat
mg/L
Hàm lượng muối PO
4
3-
18
Cu, Pb, Zn, As, Hg,
Cr: Các kim loại độc
mg/L
Hàm lượng các kim loại độc
19
Hóa chất BVTV
μg/L
Hàm lượng tổng các hóa chất bảo vệ
thực vật
20

Sin
h
học
Tổng coliform
MPN/100
mL
Mật độ (thống kê) các vi khuẩn
coliform
21

Fecal coliform
MNP/100
mL
Mật độ (thống kê) các vi khuẩn
coliform nguồn gốc phân
MPN: Most Probale Number (số xác suất cao nhất)
12

1.3.3. Các thông số cơ bản đánh giá ô nhiễm và yêu cầu cần thiết phải xử lý
nước thải
1.3.3.1. Các thông số cơ bản đánh giá ô nhiễm
Đánh giá chất lượng nước cũng như mức độ ô nhiễm cần dựa vào một số
thông số cơ bản và so sánh với các chỉ tiêu cho phép về thành phần hóa học và sinh
học đối với từng loại nước sử dụng cho các mục đích khác nhau. Các thông số cơ
bản để đánh giá chất lượng nước là: độ pH, màu sắc, độ đục, hàm lượng chất rắn,
các chất rắn lơ lửng, các kim loại nặng, oxy hòa tan,… và đặc biệt là 2 chỉ số BOD,
COD. Ngoài các chỉ số hóa học trên còn phải quan tâm đến các chỉ tiêu sinh học,
đặc biệt là E. coli [11].
Các chỉ tiêu lý học:
- Các chỉ tiêu dùng để đánh giá định tính độ nhiễm bẩn vật lý:
Nhiệt độ: là một trong những thông số quan trọng ảnh hưởng đến công nghệ
xử lý nước thải, liên quan đến quá trình lắng các hạt cặn bởi vì nhiệt độ ảnh hưởng
đến độ nhớt của chất lỏng và do đó có liên quan đến lực cản của quá trình lắng các
hạt cặn trong nước thải. Nhiệt độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thời tiết và bản
chất của nước thải.
Mùi: là dấu hiệu rất quan trọng trong việc đánh giá và chấp nhận hệ thống
xử lý nước thải của xí nghiệp. Nước có mùi là có thể do các nguyên nhân khác nhau
(chất hữu cơ từ cống rãnh khu dân cư, từ xí nghiệp chế biến thực phẩm, nước thải
công nghiệp hóa chất, chế biến dầu mỡ, các sản phẩm phân hủy cây cỏ, rong tảo,
động vật…) Mặc dù tương đối vô hại (nếu với hàm lượng nhỏ), nhưng mùi có thể

gây cảm giác khó chịu, buồn nôn. Thông thường mùi có được là mùi tổng hợp của
nhiều loại mùi khác nhau. Khi độ nhiễm bẩn chất hữu cơ không quá lớn, quá trình
phân hủy hiếu khí xảy ra chủ yếu mạnh mẽ (khi nước có đầy đủ oxy) thì nồng độ
mùi thường thấp. Ngược lại, khi trong nước không có oxy, các chất hữu cơ trung
gian được tạo ra do quá trình phân hủy kỵ khí như các axit chưa no dễ bay hơi, các
bazơ nitơ, CH
4
, H
2
S, mercaptan, indol, scatol … nên mùi được tạo ra rất mạnh,
nồng độ chất mùi lớn và gây cảm quan khó chịu.
13

Màu: nước tự nhiên sạch thường không màu. Nước tự nhiên có thể có màu
vì các lý do: các chất hữu cơ trong cây cỏ bị phân rã, nước có sắt và mangan dạng
keo hoặc dạng hòa tan, nước có chất thải công nghiệp (crom, tannin, lignin …). Nếu
nước có màu là dấu hiệu nước đã bị ô nhiễm. Màu của nước được phân thành 2
dạng: màu thực do các chất hòa tan hoặc dạng hạt keo, và màu biểu kiến là màu của
các chất lơ lửng trong nước tạo nên. Màu không chỉ làm giảm giá trị cảm quan của
nước, nó còn cho biết mức độ ô nhiễm, thậm chí còn cho biết mức độ độc hại của
nước. Độ màu càng lớn thì mức độ ô nhiễm càng cao.
Độ đục: độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc
do giới thủy sinh gây ra. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước,
ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của các vi sinh vật tự dưỡng trong nước, gây
giảm thẩm mỹ và giảm chất lượng của nước sử dụng. Độ đục càng cao thì độ ô
nhiễm càng lớn.
- Các chỉ tiêu đánh giá định lượng trạng thái chất bẩn tan, không tan:
hàm lượng chất rắn (TS, SS, VSS, DS).
Tổng chất rắn (TS): được xác định bằng trọng lượng khô phần còn lại sau
khi cho bay hơi 1L mẫu nước trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 103

0
C cho đến khi
khối lượng không đổi. Đơn vị tính bằng mg (hoặc g/L).
Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù (SS): hàm lượng các chất huyền phù
(SS) là trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh, khi lọc 1L
mẫu nước qua phễu lọc Gooch rồi sấy khô ở 103 – 105
0
C tới khi trọng lượng không
đổi. Đơn vị tính bằng mg (hoặc g/L).
Chất rắn hòa tan (DS): hàm lượng chất rắn hòa tan chính là hiệu số của
tổng chất rắn với huyền phù: DS = TS – SS. Đơn vị tính bằng g hoặc mg/L.
Chất rắn bay hơi (VS): hàm lượng chất rắn bay hơi là trọng lượng mất đi
khi nung lượng chất rắn huyền phù SS ở 550
0
C trong khoảng thời gian xác định.
Thời gian này phụ thuộc vào mẫu nước (nước cống, nước thải hoặc bùn). Đơn vị
tính là mg/L hoặc phần trăm (%) của SS hay TS. Hàm lượng chất rắn bay hơi trong
nước thường biểu thị cho chất hữu cơ có trong nước.