Báo cáo tổng kết khoa học dự án hoàn thiện công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ từ phế thải cà phê

Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


1
BKH&CN
VKH&CNVN - VCNSH
LHKHSXCNSH&MT
Bộ khoa học và công nghệ
Ban chủ nhiệm



Liên hiệp Khoa học sản xuất Công nghệ sinh học và Môi trờng
Viện Công nghệ sinh học
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam



Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Dự án
sản xuất thử nghiệm

Tên Dự án:

"
Hoàn thiện công nghệ sản xuất phân bón
hữu cơ từ phế thải cà phê
"
Mã số: KC04-DA04


TS. PhạmViệt Cờng

5782
03/5/2006



Hà Nội - 4/2006
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


2
Bộ khoa học và công nghệ
Ban chủ nhiệm
Liên hiệp Khoa học sản xuất Công nghệ sinh học và Môi trờng
Viện Công nghệ sinh học- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam


báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật dự án
Tên Dự án:
"Hoàn thiện công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ từ
phế thải cà phê"
Mã số: KC04-DA04






NCVC.TS. Phạm Việt Cờng

Hà Nội 2006
Tài liệu này đợc chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện Đề tài cấp Nhà nớc, mã
số KC. 04-DA04
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


3
Mục lục
Bài tóm tắt 4
Lời mở đầu 10
Nội dung chính của Báo cáo 13
Phần 1: Tổng quan tài liệu. 13
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nớc và trong nớc 13
Phần 2: Nội dung đ thực hiện 20
2.1. Triển khai hoàn thiện công nghệ 20
2.2. Tổ chức sản xuất 20
Phần 3: Kết quả đ đạt đợc 22
3.1. Nội dung đạt đợc theo kế hoạch 22
3.1.1. Kiểm tra và tuyển chọn chủng giống 22
3.1.2. Hoàn thiện công nghệ lên men sinh khối chìm, nhân giống cấp hai các chủng vi
sinh vật chịu nhiệt có hoạt tính 23
3.1.2.1 Chọn môi truờng thích hợp 23
3.1.2.2. Các thông số công nghệ khác 23
3.1.2.3. Hoàn thiện kỹ thuật lên men xốp các chủng nấm, xạ khuẩn chịu nhiệt có khả
năng phân giải ligno-xenlulo 25
3.1.3. Hoàn thiện công nghệ nhân dịch vi sinh tại cơ sở sản xuất 30
3.1.4. Hoàn thiện các kỹ thuật lên men ủ phế thải cà phê 33

3.1.5. Hoàn thiện công nghệ chế biến bán thành phẩm 33
3.1.6. Khảo nghiệm ngoài đồng ruộng cho 4 loại cây trồng 35
3.1.6.1 Đánh giá khảo nghiệm phân bón Polyfa HCVS đối với cây bông vảI 35
3.1.6.2 Đánh giá khảo nghiệm đối với cây cà phê 37
3.1.6.3. Cây hồ tiêu 40
3.1.6.4. Cây lúa 42
3.1.7. Thiết kế Dây chuyền thiết bị sản xuất 44
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


4
3.1.8. Kết quả sản xuất 73
3.1.9. Kết quả đào tạo: 74
Phần 4: Tổng quát hoá và đánh giá kết quả đạt đợc 76
Phần 5: Kết luận và đề nghị 79
Lời cảm ơn 80
Tài liệu tham khảo 82

Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


5
Danh sách những ngời thực hiện dự án
STT Họ và tên
Trách
nhiệm

Đơn vị công tác

1 TS. Phạm Việt Cờng

Chủ nhiệm
dự án
Liên hiệp KHSXCNSH &
Môi trờng
2 TS. Nguyễn Thị Kim Cúc
Chủ trì dự
án nhánh
Viện CNSH
3 TS. Phạm Công Hoạt
Chủ trì dự
án nhánh
Viện CNSH
4 Th.S. Hoàng Thị Minh Châu
Thực hiện
chuyên đề
Viện CNSH
5 CN. Nguyễn Thị Tuyết Mai Viện CNSH
6 CN. Phạm Đức Thuận NT Liên hiệp HSXCNSH&MT
7 CN. Lê Thị Hồng Minh NT
Liên hiệp
KHSXCNSH&MT
8 CN. Lê Văn Duyệt NT
Liên hiệp
KHSXCNSH&MT
9 TS. Hà Thị Mừng NT Đại học Tây Nguyên
10 TS. Trịnh Xuân Ngọ NT Đại học Tây Nguyên
11 TS. Phan Văn Tân NT Đại học Tây Nguyên
12 CN. Nguyễn Thanh Sơn NT
C.Ty Cà phê Buôn Ma
Thuột

13 TS. Nguyễn Văn Hng NT
Viện Nghiên cứu cây Bông
và cây có sợi



Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


6
BàI tóm tắt
1. Mục đích của Dự án
- Hoàn thiện công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ từ phế thải cà phê, than
bùn, đa sản phẩm ứng dụng trong thực tế sản xuất.
- Sản xuất : - 7000 kg chế phẩm Vi sinh
- 7000 tấn phân bón HCVS
2. Nội dung và kết quả thực hiện
2.1. Nội dung
2.1.1 Kiểm tra và tuyển chọn chủng giống
2.1.2. Hoàn thiện công nghệ lên men sinh khối chìm, nhân giống cấp 2 các
chủng vi sinh vật chịu nhiệt
2.1.3. Hoàn thiện công nghệ nhân dịch vi sinh
2.1.4. Hoàn thiện các kỹ thuật lên men ủ phế thải cà phê
2.1.5. Hoàn thiện công nghệ chế biến bán thành phẩm
2.1.6. Khảo nghiệm ngoài đồng ruộng
2.1.7. Hoàn thiện pilot sản xuất chế phẩm men vi sinh
2.1.8. Hoàn thiện thiết kế tổng thể dây chuyền thiết bị
2.1.9. Tổ chức sản xuất phân hữu cơ vi sinh HCVSLOT và HCVSTHUC trên nền
POLYFA
+ 7000 kg chế phẩm Vi sinh, 7000 tấn phân bón HCVS

2.2 Kết quả đạt đợc
2.2.1 Phần hoàn thiện công nghệ
2.2.1.1 Đã thực hiện kiểm tra tuyển chọn 10 chủng vi sinh vật cho quá trình sản
xuất chế phẩm vi sinh
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


7
2.2.1.2. Đã hoàn thiện 01quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm vi sinh gốc
dạng lỏng và dạng bột bằng hai kỹ thuật lên men chìm và lên men xốp.
A, Đối với lên men chìm các chủng vi khuẩn phân giải lân và cố định N
có các thông số công nghệ chung nh sau; Nhiệt độ từ 30 đến 35
0
C, pH từ 7,0-
7,2, tốc độ khuấy 150 đến 200 vòng/phút, thời gian lên men 36 h. Mật độ vi sinh
vật đạt từ 4,7.10
9
đến 8.10
9
CFU/g.
B, Đối với lên men xốp các chủng vi nấm phân giải xenlulo: Môi trờng
gồm thành phần cơ chất cám, bùn mía, vỏ cà phê (3:2:1), các thành phần khác
g/l :
(NH
4
)
2
SO
4
-0,1

MgSO
4
.7H
2
O-0,20
MgSO
4
.7H
2
O - 0,20
MnSO
4
.7H
2
O- 0,25
Lân - 0,5.
Các thông số công nghệ: Độ ẩm môi trờng - 35-37%, nhiệt độ 45-50
0
C,
Độ dày lớp cơ chất-2-3cm,, thời gian thu hồi 30-36 h, mật độ vi sinh vật
(CFU/g) 4.1.10
7
-5.8.10
8

2.2.1.3. Đã ổn định 01 công nghệ nhân dịch vi sinh quy mô công nghiệp tại cơ
sở sản xuất phân bón với các thông số sau:
a. Môi trờng sử dụng và thông số công nghệ cho vi khuẩn phân giải lân
và cố định nitơ gồm các thành phần sau (kg/m
3

):
Urea 1,0 MnSO
4
0,002
Phân Kali 1,0 FeSO
4
0,001
Phân lân 0,5 CMC 5,0
MgSO
4
0,2 Rỉ đờng 10
NaCl 0,2 CaCl
2
0,1
b. Thông số kỹ thuật: - Tỷ lệ giống gốc 10%
- pH 7,1-7,3
- Nhiệt độ dao động từ 30- 35
0
C
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


8
- Tốc độ sục khí liên tục từ 3-4 m
3
/phút
- Mật độ VSV: 7,5.10
8
-

8,2.10
8
CFU/g.
2.2.1.4. Hoàn thiện và ổn định sản xuất 01 quy trình các kỹ thuật lên men ủ phế
thải cà phê:
- Hoàn thiện các kỹ thuật xử lý phế thải cà phê từ công nghệ chế biến khô
trớc khi lên men ủ vi sinh: Kích thớc vỏ hạt(cm)- 0,1 -0,3, pH - 6,8 -7,5, nhiệt
độ(t
0
C) 35 -40, độ ẩm(%)25-30, thời gian ủ (ngày)- 45, hàm lợng mùn (%)27,3
- Hoàn thiện các kỹ thuật xử lý phế thải cà phê từ công nghệ chế biến ớt
trớc khi lên men ủ vi sinh tơng tự nh ở trên nhng thời gian ủ chỉ 20 ngày.
2.2.1.5. Hoàn thiện và ổn định đợc 01 công nghệ chế biến bán thành phẩm sau
khi ra lò và công nghệ thu nhận axit humic và humát kali, humát natri
2.2.1.6. . Khảo nghiệm ngoài đồng ruộng cho 4 loại cây trồng
Xây dựng đợc 4 quy trình và công thức bón cho cây bông vải, cây cà
phê, cây tiêu, cây lúa. Các loại cây trồng khi bón phân HCVS LOT,HCVSTHUC
Polyfa trên diện rộng đã cho năng suất cao hơn so với bón phân vô cơ đơn thuần.
- Đối với cây bông thu vợt so với đối chứng 743,6 ngàn đồng/ha khi sử
dụng HCVSLOT và 682,4 ngàn đồng/ha khi sử dụng HCVSTHUC
- Đối với cây cà phê năng suất tăng từ 114% đến 120%, hiệu quả kinh tế
cao , hệ số VCR từ1,12 đến 1,20
-Đối với cây hồ tiêu năng suất khảo nghiệm diện hẹp tăng từ 111,8 đến
125,5% và diện rộng là 108 đến 110 %.
-Đối với cây lúa năng suất không tăng nhiều so với đối chứng, nhng chi
phí cho phân bón ít hơn, nh vậy vẫn có hiệu quả kinh tế.
Nh vậycùng một đồng vốn bỏ ra khi sử dụng phân bón này đối với 4 loại
cây trồng trên đều cho hiệu quả kinh tế cao, giảm bệnh lở cổ rễ và vàng lá .
2.2.1.7. Thiết kế giây chuyền thiết bị sản xuất
Đã hoàn thiện thiết kế dây chuyền thiết bị và mặt bằng tổng thể của

xởng sản xuất phân bón HCVS công suất 10.000 tấn năm (bản vẽ ở phần
riêng).
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


9
2.2.2.Tổ chức sản xuất chế phẩm vi sinh
- Hoàn thiện đợc 1 pilot sản xuất chế phẩm vi sinh công suất
100kg/ngày.
- Sản xuất đợc 7000 kg chế phẩm vi sinh Microcom
- Cùng với công ty cà phê Buôn Ma Thuột sản xuất đợc 7000 Tấn sản phẩm
- Tổ chức tiêu thụ sản phẩm
2.3. Kinh phí đợc cấp: Năm 2003: 1.650 triệu đồng
Năm: 2004: 450 triệu
Đã sử dụng : 2.100 triệu đồng,
Đề nghị quyết toán: 2.100 triệu
3. Kết luận:
1- Đã hoàn thành các nội dung cơ bản của hợp đồng Dự án thử nghiệm
sản xuất phân hữu cơ từ phế thải cà phê
2-Công nghệ đã đợc Bộ KH&CN tặng CUP vàng tại TECHMART,
thành phố Hồ Chí Minh, 2005.

Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


10
Lời mở đầu
Việt Nam là một nớc nông nghiệp có nguồn phế thải sau thu
hoạch rất đa dạng nh phụ phế mía đờng, phế thải của nhà máy tinh
bột sắn, phế thải nông nghiệp nh rơm rạ, thân lõi ngô, đậu lạc và đặc
biệt là nguồn phế thải vỏ cà phê rất lớn.
Trong thập niên qua cây cà phê phát triển mạnh, là cây hàng hoá
xuất khẩu đứng thứ 2 sau lúa gạo với diện tích đã lên tới 350.000 ha.
Các nhà máy chế biến cà phê thải ra khoảng 20 000 tấn vỏ một năm.
Nhng hầu hết vỏ cà phê phần lớn là bị đốt, phần còn lại trở thành rác
thải gây ô nhiễm môi trờng. Những phế thải hữu cơ, đặc biệt là vỏ cà
phê là nguồn nguyên liệu sạch rất thích hợp cho việc ủ phân hữu cơ
dùng cho cây nông nghiệp và công nghiệp. Phân hữu cơ giúp cải tạo
đất, tăng độ phì nhiêu, giữ ẩm, tạo điều kiện cho vi sinh vật có ích hoạt
động.
Những nghiên cứu về phân bón cho cây cà phê cũng nh một số
cây công nghiệp khác đã đợc tiến hành trong những năm gần đây. Với
nguồn cơ chất là than bùn, phế thải cà phê và những nguồn hữu cơ
khác, các nghiên cứu đã đợc thực hiện qua các đề tài KHCN 02-04 và
KHCN 02-04B. Để tiếp tục hoàn thiện công nghệ và đa vào thực tiễn
sản suất kết quả của hai đề tài trên, dự án KC.04-DA04 đã đợc Bộ
Khoa học và Công phê duyệt và chúng tôi đã tiến hành thực hiện trong
hai năm qua.

Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT

11
Nội dung chính của Báo cáo
Phần 1: Tổng quan tài liệu
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài
nớc
Ngoài nớc :
Cà phê đợc trồng nhiều ở Braxin, Côlômbia, Inđônêxia. Đây là 3 nớc
có diện tích và sản lợng cà phê xuất khẩu lớn nhất thế giới. Từ những năm 80
trở lại đây, trên thế giới, nhất là ở những nớc có ngành công nghiệp chế biến cà
phê xuất khẩu, việc nghiên cứu các biện pháp sinh học để xử lý phế thải cà phê
cũng đợc đẩy mạnh nh tại Kenia, Braxin, Mỹ Tuy nhiên các nớc này xử lý
phế thải cà phê từ công nghệ chế biến ớt, ngời ta làm sạch một phần nớc thải
chế biến cà phê bằng công nghệ yếm khí sau đó cho nớc thải ra môi trờng qua
các hồ sinh học.
ở ấn Độ đã nghiên cứu 3 phơng pháp khác nhau để xử lý phế thải từ các
nhà máy chế biến cà phê. Các phơng pháp này đều kết hợp giữa xử lý a khí và
yếm khí, biến đổi một phần phế thải của cà phê thành khí metan (CH
4
) và một
phần làm thức ăn gia súc.
Nớc thải tại các nhà máy chế biến cà phê có hàm lợng BOD, COD rất
cao (tơng ứng với 3000kg/ngày và 4000 mg/l, đôi khi có thể cao hơn
9000mg/l). Chất rắn lơ lửng là 1500mg/l, gấp 3 lần hàm lợng cho phép, dầu mỡ
với nồng độ cao hơn 2 lần hàm lợng cho phép. Sau khi thử nghiệm các phơng
pháp xử lý khác nhau, phơng pháp xử lý yếm khí đã đợc lựa chọn nhờ những
đặc tính u việt về mặt kinh tế và kỹ thuật.
Xởng chế biến cà phê tại Mỹ đã sử dụng hệ thống tới phun để xử lý và
sử dụng 150-500m
3
nớc thải hàng năm. Khoảng hơn 40 ha cỏ ba lá và sậy đợc

dùng để thử nghiệm. Yếu tố hạn chế chính của phơng pháp này là khả năng hút
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


12
nớc của nơi thử nghiệm và các điều kiện thuỷ địa học của nó ngăn cản sự thấm
thẳng của các chất gây ô nhiễm.
Ngành công nghiệp cà phê phải đối mặt với một số vấn đề, đó là quản lý
phế thải rắn, nớc thải và giá năng lợng tăng. Những vấn đề này có thể giải
quyết bằng cách biến đổi một phần phế thải của cà phê thành khí metan thông
qua quá trình lên men yếm khí. Giá trị kinh tế của bể khí sinh học trong nông
trại cà phê ở ấn Độ đã đợc đánh giá cao. Hai mô hình bể yếm khí sinh học
đợc đa ra là sản xuất điện và sản xuất khí. Quá trình lên men yếm khí thịt vỏ
cà phê có thể đủ cung cấp đủ năng lợng cho hệ thống xử lý và cả nông trại đó.
Các nghiên cứu cơ bản trong phòng thí nghiệm về lên men yếm khí thịt quả cà
phê cũng đợc tiến hành. Những thông số chính đợc nghiên cứu nh lợng vi
khuẩn yếm khí trong quá trình lên men, những thay đổi trong qúa trình lên men
và lợng khí metan đợc tạo thành. Nhiều loại vi khuẩn yếm khí khác nhau có
mặt trong quá trình lên men nh loại tạo axít, phân huỷ protein, lipit, xenlulo và
vi khuẩn sinh metan.
Xử lý yếm khí phế thải cà phê đợc nghiên cứu trong hệ thống một hoặc
hai pha ở 53
0
C. Kết quả cho thấy lên men tạo khí metan một pha không cho hiệu
quả cao nếu phế thải cà phê chỉ xử lý bằng quá trình bùn hoá, hiệu suất phân
huỷ 42%, kể cả những chất hoà tan dính trên bề mặt phế thải. Nhng trong hệ
thống phân huỷ yếm khí 2 pha, hiệu suất phân huỷ tăng tới 70%. Lợng khí
đợc tạo ra là 451ml/g phế thải cà phê bị phân huỷ và 28,2% carbon trong phế
thải đợc chuyển thành carbon trong khí sinh học.
Hớng sử dụng phế thải cà phê rắn làm phân bón cũng đợc các nhà khoa

học chú ý. Lợng thịt cà phê trong 5 nớc Trung Mỹ có khoảng 925.000
tấn/năm, trong đó chỉ một phần nhỏ đợc trở lại đồn điền. Các nghiên cứu chỉ ra
rằng thịt cà phê sau khi lên men chứa hàm lợng N, P, K cao và nh thế nó có
thể thay thế đáng kể lợng phân bón hoá học trong các nông trờng cà phê. Hỗn
hợp 1/4 đất và thịt cà phê sau khi lên men là thích hợp cho sự phát triển của cây
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


13
cà phê con. Đã có những nghiên cứu so sánh ảnh hởng của phế thải cà phê, phế
thải đô thị, mùn ca, nớc cống rãnh sau khi xử lý lên sự phát triển của
Rudbeckia hirta L. Nếu phân trộn có chứa 10, 25, 50% theo thể tích mỗi loại
phế thải thì không thấy sự phát triển khác nhau đáng kể của loại cây này. Nhng
nếu nồng độ phế thải cà phê tăng tới 80% theo thể tích thì sẽ làm giảm sự phát
triển của cây. Hiện nay Nhật Bản đang cùng Viện Công nghệ Sinh học quan tâm
đến nguồn năng lợng sinh học thu đợc từ biomass trong đó có vỏ cà phê.
Tình hình nghiên cứu trong nớc
Những năm gần đây khái niệm phân bón vi sinh hoặc phân bón hữu cơ
vi sinh đã xuất hiện trong nông nghiệp Việt Nam. Có một số nghiên cứu sản
xuất phân bón vi sinh đơn chủng nh: Nitragin, Azolgin, Rhizolu và đa chủng:
VSTH chế phẩm EM, phân bón chức năng đa chủng. Một số phân bón hữu cơ
sinh học nh: sông Gianh, Thiên Nông, Hudavil đợc sản xuất chủ yếu bằng
nền cơ chất là than bùn đã đóng góp phần nào vào sự phát triển nền nông nghiệp
sạch của Việt Nam.
Từ năm 1988, cà phê ở Việt Nam đợc trồng đại trà trên quy mô sản xuất
ở các đồn điền t bản Pháp thiết lập ở vùng Trung du Bắc Bộ, rồi lan dần vào
Trung bộ. Mãi đến năm 1920 1925, t bản Pháp mới đầu t phát triển cà phê ở
vùng đất đỏ bazan phì nhiêu màu mỡ trên các cao nguyên Nam Trung Bộ. Nh
thế tính đến nay cây cà phê nhập nội đợc trồng và phát triển trên các vùng đất
Việt Nam đã gần tròn 100 năm.

Thập kỷ qua, tốc độ phát triển cây cà phê ở nớc ta tăng rất nhanh và đã
trở thành cây hàng hoá xuất khẩu quan trọng, mang lại giá trị xuất khẩu lớn.
Hiện nay có trên 350.000 ha cà phê và sản lợng trung bình trên 300.000 tấn
nhân khô/năm, với lợng vỏ khô khoảng 200.000 tấn/năm, mà thành phần chủ
yếu của nó là ligno-xenlulo, một hợp chất rất khó phân huỷ trong điều kiện tự
nhiên. Đắc Lắc là tỉnh có diện tích thâm canh cà phê và sản lợng lớn nhất cả
nớc. Lợng vỏ thải hàng năm qua hai loại công nghệ chế biến khô và ớt một
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


14
phần đợc ngời dân ủ với phân chuồng làm phân bón, phần còn lại đốt hoặc
theo nớc xả từ các xởng chế biến ra ngoài, làm ô nhiễm môi trờng sống.
Việc nghiên cứu sử dụng các chủng vi sinh vật vào công nghệ xử lý phế
thải chế biến nông sản, đặc biệt là phế thải cà phê để sản xuất đất sạch, phân
bón vi sinh chất lợng cao không những giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trờng
mà còn mang lại hiệu quả kinh tế và xã hội.
Sự phân giải xenlulo là một quá trình phức tạp vì vậy các vi sinh vật phân
giải xenlulo có vai trò đặc biệt quan trọng trong vòng tuần hoàn cacbon. ít có
loài vi sinh vật nào có khả năng phân giải xenlulo một cách trọn vẹn, thờng
mỗi loài chỉ tiết ra một hoặc vài enzym thực hiện những khâu nhất định trong cả
chuỗi phản ứng. Vì vậy để sử dụng một cách hiệu quả nhất khả năng phân giải
xenlulo của vi sinh vật trong sản xuất phân bón vi sinh tổng hợp, thờng kết hợp
một vài chủng lại với nhau để quá trình phân giải hoàn thiện hơn.
Xenlulaza là một phức hệ enzym rất phức tạp. Nấm sợi là nhóm có khả
năng tiết ra ngoài môi trờng một lợng lớn enzym đầy đủ các thành phần, nên
khả năng phân giải xenlulo là rất mạnh. Loài nấm sợi có hoạt tính phân giải
xenlulo đáng chú ý là Trichoderma, gồm hầu hết các loài sống trong đất. Những
đại diện tiêu biểu là Trichoderma reesei, Trichoderma viride, chúng phân huỷ
các tàn d của thực vật trong đất, góp phần chuyển hoá một lợng hữu cơ khổng

lồ. Một số loài nấm khác cũng có hoạt tính phân giải xenlulo khá cao là
Aspergillus niger, Fusarium sonali Các loài nấm a nhiệt cũng đợc chú ý vì
có thể tổng hợp các enzym bền nhiệt, sinh trởng và phân giải nhanh xenlulo,
nhng hoạt tính xenlulaza của dịch lọc thấp.
Vi khuẩn cũng có khả năng phân giải xenlulo nhng cờng độ không
mạnh bằng nấm sợi do lợng enzym tiết ra môi trờng ít hơn và các thành phần
enzym không đầy đủ. ở trong đất thờng có ít loại vi khuẩn có khả năng sinh cả
3 loại enzym, do đó để có thể phân giải xenlulo tự nhiên các loài vi khuẩn phải
hỗ trợ lẫn nhau để hiệu quả phân giải hoàn chỉnh hơn.
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


15
Các chủng vi khuẩn hiếu khí cũng có khả năng phân giải xenlulo khá
mạnh nh: Cellulomonas, Vibrio, Archomobacter.
Trong tự nhiên, ngoài nấm sợi và vi khuẩn, xạ khuẩn cũng đợc các nhà
khoa học chú ý đến. Xạ khuẩn có mặt quanh năm trong tất cả các loại đất, số
lợng phụ thuộc vào đất và tính chất của đất. Một số xạ khuẩn có hoạt tính phân
giải xenlulo cao đáng chú ý là: Steptosporaugium, Streptomyces, Actinomyces
Thực vật sử dụng một số hoocmon để điều chỉnh quá trình sinh trởng và
phát triển của mình, trong đó nhóm hoocmon gọi là auxin nội sinh đợc tìm
thấy hầu hết ở các loài. Một trong những auxin phổ biến nhất là axit indol axetic
(IAA). Bên cạnh thực vật, nhiều vi sinh vật, đặc biệt là các vi sinh vật đất và
vùng rễ thực vật bao gồm các vi khuẩn biểu sinh, vi khuẩn gây bệnh cho thực
vật và vi khuẩn kích thích sinh trởng thực vật cũng có khả năng sinh tổng hợp
IAA. ở mỗi loại vi khuẩn tồn tại các con đờng sinh tổng hợp IAA khác nhau.
Việc nghiên cứu khả năng sinh tổng hợp IAA của vi sinh vật rất có ý
nghĩa trong việc phát triển một nền nông nghiệp bền vững. Các chủng vi khuẩn
sinh IAA thờng đợc đa vào phân bón vi sinh để phục vụ sản xuất nông
nghiệp. Sử dụng các vi khuẩn không gây bệnh và có khả năng sinh tổng hợp

auxin có tác dụng kích thích sinh trởng cho cây trồng, đặc biệt có ý nghĩa trong
việc tạo rễ.
Photpho trong đất thờng ở dạng liên kết hữu cơ nh phytin và các dẫn
xuất của nó, có độ hoà tan và chuyển động thấp. Phần lớn phân photphát vô cơ
bón vào đất nhanh chóng bị cố định, tạo thành dạng không tan và cây không sử
dụng đợc. Lợng photphát không tan thông thờng chiếm 95-99% photphát
tổng số, vì vậy việc giải phóng dạng photphát khó tan (hữu cơ hoặc vô cơ) và bị
cố định là một hớng quan trọng để tăng lợng photpho dễ sử dụng trong đất.
Rất nhiều vi sinh vật đất có khả năng chuyển hoá cả photpho vô cơ và hữu cơ
thành dạng hoà tan, tạo nguồn dinh dỡng quí giá cho cây trồng. Trên thế giới
cũng nh ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu về vi sinh vật phân giải photphát
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


16
vô cơ khó tan và ảnh hởng của chúng đối với cây trồng. Các nghiên cứu cho
thấy axit hữu cơ đợc vi sinh vật tiết ra môi trờng là tác nhân chủ yếu phân giải
photphát khó tan. Ngoài ra, một số vi sinh vật phân giải photphát khó tan nhờ
sinh ra CO
2
, H
2
S, axit khoáng hoặc các axit chelating oxo từ đờng
Trong những năm gần đây, vi sinh vật phân giải photphát khó tan đã đợc
sử dụng để sản xuất phân bón vi sinh. Nhằm tuyển chọn đợc các chủng vi
khuẩn có hoạt tính cao, không độc đồng thời có khả năng sinh tổng hợp IAA,
chúng tôi đã phân lập từ các mẫu đất, rễ cây khác nhau các chủng vi khuẩn phân
giải Ca
3
(PO

4
)
2
có tiềm năng sử dụng trong thực tế.
Có rất nhiều loại vi khuẩn có ích đợc tìm thấy ở vùng rễ, trên rễ và thân
của lúa, lúa mì, ngô, mía và các loại cây hoà thảo khác. Sự quan tâm đến các
loại vi khuẩn vùng rễ thời gian gần đây tăng mạnh do khả năng sử dụng chúng
nh một loại phân bón sinh học. Một số tác giả cho rằng hiệu ứng kích thích sự
phát triển cây là do quá trình cố định nitơ sinh học và sự tạo phytohormon, làm
cho rễ cây phát triển, nh vậy quá trình hấp thụ nớc và các chất dinh dỡng có
hiệu quả và kết quả là sự phát triển của cây tốt hơn. Vi khuẩn cố định nitơ sống
tự do thuộc các chi azotobacter, Acetobacter, azospirillum, azoarcus,
Enterobacter và Herbaspirilum thờng sống ở vùng rễ của các cây trồng.
Các loại cây trồng đều đòi hỏi một lợng phân đầy đủ, cân đối cho sự
sinh trởng và phát triển và phân hoá học đã đáp ứng đợc yêu cầu đó. Các loại
phân bón sử dụng trong nông nghiệp gồm có các nguyên tố nitơ và photpho, nói
chung nguồn dinh dỡng này đợc phân bố trong đất trồng nhng cây khó hấp
thụ nếu không có sự tham gia của vi sinh vật đất. Mặt khác, giá của phân hoá
học tơng đối cao và khi đợc sử dụng lâu dài chúng sẽ gây thoái hoá đất trồng.
Vì vậy, các nhà khoa học và đặc biệt là các nhà công nghệ sinh học trong khi cố
gắng giảm giá thành phân bón, đã sử dụng các chi vi khuẩn khác nhau đợc
phân lập từ đất ở dạng phân sinh học để giảm lợng phân hoá học, cải thiện và
tăng độ phì nhiêu của đất. Trong thời gian gần đây ở nớc ta, phân bón vi sinh
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


17
cố định đạm đã dần đợc sử dụng một phần nào thay thế cho phân bón hoá học-
một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trờng. Điều này đã cải thiện đáng
kể môi trờng đất và tăng năng suất cây trồng.

Từ lâu các nhà vi sinh vật học và kỹ s môi trờng đã sử dụng vi sinh vật
để xử lý các hợp chất hữu cơ nh xenlulo nói chung và lignoxenlulo nói riêng
trong việc phân giải sinh học và sửa chữa sinh học nhằm giảm thiểu ô nhiễm
môi trờng và chế biến những nguồn nguyên liệu thô rẻ tiền này để tái sử dụng
sản xuất thực phẩm, nguyên liệu, thức ăn gia súc và phân bón. Việc sử dụng vi
sinh vật có hoạt tính thuỷ phân xenlulo cao để xử lý phế thải nông nghiệp, công
nghiệp và than bùn đã đợc thực hiện qua các đề tài nghiên cứu ở Việt nam, đặc
biệt là đề tài KHCN 02-04 và KHCN 02-04B trong giai đoạn 1996-2000. Để
thực hiện đề tài chúng tôi đã phân lập, tuyển chọn, xác định tính chất, đọc trình
tự gen 16S ARN riboxom để định loại đến loài một số chủng vi sinh vật có khả
năng kháng Fusarium oxysporum, cố định N
2
, phân

giải lân và sinh tổng hợp
IAA phù hợp với vùng sinh thái cho hai loại cây trồng là cà phê và bông. Nghiên
cứu hoạt tính, quy trình công nghệ, tạo chế phẩm và đánh giá hiệu lực lên hai
đối tợng cây trồng trên.
Để hoàn thiện một phần công nghệ của hai đề tài KHCN 02-04 và KHCN
02-04B, chúng tôi đã tiến hành Dự án sản xuất thử nghiệm mã số KC02-DA04,
với những mục tiêu sau:
- Hoàn thiện công nghệ lên men sản xuất chế phẩm vi sinh
- Hoàn thiện việc thiết kế dây chuyền công nghệ.
- Sản xuất chế phẩm vi sinh và phân bón HCVS trên nền nguyên liệu, phế
thải cà phê, than bùn Polyfa.
- Đào tạo đội ngũ cán bộ và công nhân lành nghề trong trong lĩnh vực vi
sinh môi trờng và sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh.
- Tạo công ăn việc làm, phát triển kinh tế xã hội, đặc biệt là vùng sâu
vùng xa ở Tây Nguyên.
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT

18

Phần 2: Nội dung đ thực hiện
2.1. Triển khai hoàn thiện công nghệ
2.1.1. Kiểm tra và tuyển chọn chủng giống
2.1.2. Hoàn thiện công nghệ lên men sinh khối chìm, nhân giống cấp 2 các
chủng vi sinh vật chịu nhiệt
2.1.3. Hoàn thiện công nghệ nhân dịch vi sinh
2.1.4. Hoàn thiện các kỹ thuật lên men ủ phế thải cà phê
2.1.5. Hoàn thiện công nghệ chế biến bán thành phẩm
2.1.6. Khảo nghiệm ngoài đồng ruộng
2.1.7. Hoàn thiện thiết kế tổng thể dây chuyền thiết bị
2.2. Tổ chức sản xuất
2.2.1. Hoàn thiện pilot sản xuất chế phẩm men vi sinh
2.2.2. Tổ chức sản xuất phân hữu cơ vi sinh HCVSLOT và HCVSTHUC trên nền
POLYFA.

Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


19
Phần 3: Kết quả đ đạt đợc
3.1. Nội dung đạt đợc theo kế hoạch.
3.1.1. Kiểm tra và tuyển chọn chủng giống:
Trong quá trình hoàn thiện công nghệ và sản xuất sản phẩm phân bón
HCVS luôn luôn cần phải tuyển chọn lại 10 chủng vi sinh vật đã sử dụng để ổn
định hoạt tính. Các chủng vi sinh vật này là sản phẩm đợc phân lập và tuyễn
chọn từ các đề tài KHCN 02-04B và KC 02-04.

Các chủng VSV đã tuyển chọn là:
- Tuyển chọn vi sinh vật cố định nitơ:
Từ 15 chủng vi khuẩn có hoạt tính cố định N
2
trên môi trờng Ashby,
chúng tôi tuyển chọn đợc 2 chủng có hoạt tính có định đạm mạnh còn có khả
năng sinh tổng hợp IAA. là:
Pseudomonas nitroreducens 4.
Bacillus horikoshii 8.
Đã đợc nghiên cứu các tính chất sinh lý, sinh hoá của các chủng phân
lập đợc và xác định hoạt tính của chúng theo phơng pháp sắc ký khí khả năng
khử axetylen thành etylen của hệ enzym nitrogenaza của vi khuẩn. Tế bào của
các chủng phân lập rất đa dạng: hình que, hình cầu hoặc elip. Hoạt tính
nitrogenaza của chủng nghiên cứu dao động trong khoảng 1,5 đến 2,5àM
C
2
H
4
/ml/giờ,
- Tuyển chọn vi khuẩn phân huỷ P khó tan:
Từ 15 chủng vi khuẩn khác nhau có khả năng phân giải P khó tan trên
môi trờng Geretsen, chúng tôi tuyển chọn đợc 3 chủng vi sinh vật có hoạt tính
phân giải lân mạnh nhất, có vòng phân giải từ 11-24mm, chủng có vòng phân
giải từ 6-10mm và chủng có vòng phân giải 5mm:
Bacillus pumilus 16
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


20
Bacillus silvestris 67

Bacillus flexus 14
- Vi sinh vật phân giải xenlulo:
Sau khi phân lập đợc một số chủng vi sinh vật phân giải xenluloza đợc
lu giữ trong bộ su tập của các đề tai trớc chúng tôi tiến hành tuyển chọn lại
các chủng:
S.nashvillensis, Bacillus sp., T. Koningii, fischer, A. fumigatusi
3.1.2. Hoàn thiện đợc công nghệ lên men sinh khối chìm, nhân giống cấp
hai các chủng vi sinh vật chịu nhiệt có hoạt tính.
3.1.2.1 Chọn môi truờng thích hợp
Chúng tôi tiến hành thử nghiệm trên 4 loại môi trờng đối với các chủng
vi sinh vật có hoạt tính chịu nhiệt:
MT1: g/l

CaCl
2
. 2H
2
O - 0,02
K
2
HPO
4
- 0,1
FeCl
3
.6H
2
O - 0,01
MgSO
4

.7H
2
O- 0,2
NaMoO
4
.2H
2
O - 0,002
Manitol - 20
NaCl - 0,1
MT2g/l :

(NH
4
)
2
SO
4
0,1
KCl 0,2
Ca
3
(PO
4
)
2
5
MgSO
4
.7H

2
O 0,20
MnSO
4
.7H
2
O 0,25
MT3 g/l:

NH
4
SO
4
- 0,4
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


21
KH
2
PO
4
- 0,2
MgSO
4
.7H
2
O- 0,025
CaCO
3

- 0,1
Tinh bột 2,0
Cao ngô 0,5
MT4g/l :

(NH
4
)
2
SO
4
0,1
KCl 0,2
Ca
3
(PO
4
)
2
5
MgSO
4
.7H
2
O 0,20
MnSO
4
.7H
2
O 0,25

Cao thịt bò 5
Sau khi thử nghiệm 4 loại môi trờng chúng tôi đã lựa chọn đợc môi
trờng thích hợp cho mỗi loại vi sinh vật có hoạt tính cố định nitơ, phân giải lân,
các chủng vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm có khả năng phân giải xenlulo.
Công thức môi trờng MT1 phù hợp với chủng:
Pseudomonas nitroreducens. và Bacillus horikoshii.
Công thức môi trờng MT2 phù hợp với các chủng:
Bacillus pumilus 16, Bacillus silvestris 67, Bacillus flexus 14.
Công thức môi trờng MT3 phù hợp với chủng: S.nashvillensis
Công thức môi trờng MT4 phù hợp với chủng: Bacillus sp. (III)
Các chủng T. koningii A.fischer , A. fumigatusi phát triển tốt nhất trên
môi trờng xốp.
3.1.2.2. Các thông số công nghệ khác:
Đã nghiên cứu các thông số công nghệ tối u cho quá trình lên men 10
chủng vi sinh lựa chọn với các thông số sau:
- Nhiệt độ với các giá trị sau: 30-35
0
C, 40-45
0
C, 45-50.
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


22
- Thời gian lên men: từ 24h đến 36h.
- Tốc độ quay của cánh khuấy: từ 100 đến 250 vòng/phút.
- pH của môi trờng: 6,5 - 7,2-7,5.
Cuối cùng xác định mật độ của các chủng sử dụng:
Các công thức môi trờng và thông số công nghệ cho kết quả tốt nhất
đợc tổng hợp và trình bày ở bảng 1:

Bảng 1: Bảng tổng hợp các thông số công nghệ tối u cho quá trình lên men
Tên chủng Công thức môi trờng T(C
0
) T(h) PH v/ph Mật độ
VSV
Hoạt
tính

CĐ. Đạm
P.nitroreducens4
.
B.horikoshii 8.

MT1: g/l

CaCl
2
. 2H
2
O - 0,02
K
2
HPO
4
- 0,1
FeCl
3
.6H
2
O - 0,01

MgSO
4
.7H
2
O- 0,2
NaMoO
4
.2H
2
O-0,002
Manitol - 20
NaCl- 0,1


30-35


36


7,2-
7,5


150


3,7.10
9
-8.10

9

Phân giải -lân
B. pumilus 16
B.silvestris 67
B. flexus 14
MT2g/l :

(NH
4
)

0,1
KCl 0,2
Ca
3
(PO
4
)
2
5
MgSO
4
.7H
2
O 0,20
MnSO
4
.7H
2

O 0,25


30-35


36


7,0-
7,2


150


4,7.10
9
-
5,3.10
9

P. hoà
tanàg/
ml
189-
201
Phân giải
Xenlulo
S.nashvillensis

MT3g/l:

NH
4
SO
4
-0,4;
KH
2
PO
4
-0,2;
MgSO
4
.7H
2
O-0,025;
CaCO
3
- 0,1.tinh bột
2,0; cao ngô 0,5;

45-50

36

7

200

3,2.10
8
Đờng
kính
phân
giải.
23mm(
D)
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


23
Phân giải
Xenlulo
Bacillus sp. III
MT4g/l :

(NH
4
)
2
SO
4
0,1
KCl 0,2
Ca
3
(PO

4
)
2
5
MgSO
4
.7H
2
O 0,20
MnSO
4
.7H
2
O 0,25
Cao thịt bò 5


30-35


36


7,0-
7,2


150

7,2.10
9
-8.10
9


25mm(
D)

3.1.2.3. Hoàn thiện kỹ thuật lên men xốp các chủng nấm, xạ khuẩn chịu
nhiệt có khả năng phân giải ligno-xenlulo
A. Thành phần cơ chất
CT1 : cám, bùn mía, vỏ cà phê (3:2:1)
CT2 : cám, than bùn (tỉ lệ 1:1)
CT3 : cám, than bùn, vỏ cà phê (tỉ lệ 1:1:1)
CT4 : than bùn, vỏ cà phê (tỉ lệ 1:1)
Các chủng T. koningii, A.fischeri , A. fumigatus có khả năng phân giải xenlulo
đợc nuôi trên các môi trờng xốp trên với các muối (%)
1. (NH
4
)
2
SO
4
0,10
2. MgSO
4
.7H
2
O 0,20

3. MnSO
4
.7H
2
O 0,25
4. Lân 0,50
Để xác định thành phần cơ chất tối u cho quá trình lên men xốp, các
chủng vi nấm và xạ khuẩn đợc ủ với môi trờng gồm các thành phần cơ chất
nói trên trong tủ lên men có dung tích 5m x1m x1,5m, với khay inox có độ dày
của các lớp môi trờng từ 2- 8 cm. Mật độ và hoạt tính của vi sinh vật đợc xác
định sau thời gian 36h.



Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


24
Bảng2: ảnh hởng của thành phần cơ chất lên sinh khối và hoạt tính phân giải
CMC của các chủng vi nấm và xạ khuẩn

S.nashvillenss


T. koningii

A. fischeri

A. fumigatus
Số

TT
Môi
trờng
SK HT SK HT SK HT SK HT
1 CT1 5.10
8
23 4,1.10
6
20 3,7.10
7
19 2,9.10
7
19,5
2 CT2 4.10
5
17 4,2.10
4
15 6.10
6
19 4.10
6
18,9
3 CT3 5.10
6
18 6,3.10
5
12 3.10
7
18 8.10
5

16
4 CT4 4.10
5
16 5.10
5
18 6.10
5
17 6.10
5
15

SK - sinh khối (tế bào/g)
HT- hoạt tính phân giải CMC (D-d mm)
So sánh các công thức nghiên cứu, công thức môi trờng CT1 cho mật
độ vi sinh vật và hoạt tính của chúng cao nhất. Vì vậy chúng tôi chọn môi
trờng 1 để sử dụng cho nghiên cứu các thông số khác và sản xuất chế phẩm vi
sinh sau này.
A. Các thông số công nghệ tối u cho quá trình lên men xốp
Với điều kiện công thức môi trờng không đổi là CT1, các thông số công
nghệ sau đợc thử nghiêm:
- Độ ẩm môi trờng: 30%- 35%, 35%- 40 %, 45% -50%
- Nhiệt độ: 30
0
C- 35
0
C

, 35
0
C - 37

0
C, 37
0
C- 40
0
C, 40
0
C đến 45
0
C
- Độ dàycủa lớp ủ: 2 cm; 4cm; 6cm; 8 cm
- Thời gian ủ : từ 24h - 48h
- Kiểm tra mật độ vi sinh.
Sau khi so sánh chúng tôi lựa chọn ra những thông số tối u nhất cho sự
phát triển của các chủng vi nấm có khả năng phân giải xenlulo. Các chỉ số công
nghệ đợc tổng hợp tại bảng 3:
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT


25
Bảng 3: Bảng tổng hợp thông số lên men xốp tối u cho các chủng vi nấm
Chủng

Công
thức
môi
trờng
Độ ẩm
môi
trờng(%)

Nhiệt
độ
(t.c
0
)
Độ dày
(cm)
Thời
gian
(h)
Mật độ
(CFU/g)
T. koningii
CT1 45-50 30-37 2 30 4,1.10
6

A. fischeri
CT1 45-50 30-37 2 30 3,7.10
7

A. fumigatus
CT1 45-50 30-37 2 30 2,9.10
7

S. nashvillensis 6
CT1 45-50 30-37 3 36 5,8.10
8


3.1.3. hoàn thiện công nghệ nhân dịch vi sinh tại cơ sở

sản xuất
3.1.3.1 Hoàn thiện thành phần môi trờng trong công nghệ lên men nhân dịch
vi sinh tại nhà máy, các chủng vi sinh vật từ chế phẩm vi sinh ban đầu trong
điều kiện không thanh trùng.
Chế phẩm vi sinh đông khô đợc nhân giống cấp 2 trong môi trờng lỏng
giàu dinh dỡng(g/l):
- Pepton 5; Cao thịt 5; Glucoza 10; NaCl 5; NH
4
SO
4
0,4; KH
2
PO
4
0,2;
MgSO
4
.7H
2
O 0,025; CaCO
3
0,1.
Sau khi nhân giống cấp 2 để thu sinh khối phục vụ cho sản xuất tại nhà
máy, tiến hành nhân giống trong điều kiện không thanh trùng trên các loại môi
trờng sau với điều kiện nhiệt độ nuôi cấy khoảng 30
0
C (nhiệt độ môi trờng tự
nhiên, pH môi trờng 7.1-7,3) sục khí 2m
3
/phút. Thành phần các muối trung, đa

lợng chung của các công thức môi trờng đều giống nhau nhng khác nhau về