Thử nghiệm quy trình sản xuất sinh khối bào tử vi nấm phân huỷ cellulose và protein

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.17 MB, 73 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THỬ NGHIỆM QUY TRÌNH SẢN XUẤT SINH KHỐI
BÀO TỬ VI NẤM PHÂN HUỶ CELLULOSE VÀ
PROTEIN
Ngành:

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn : Ts. Nguyễn Hoài Hương
Sinh viên thực hiện
MSSV: 1191111022

: Kha Tôn Huy
Lớp: 11HSH02

TP. Hồ Chí Minh, 2013

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, cùng với xu hướng phát triển một nền nông nghiệp
sạch và bền vững, các loại phân bón bảo vệ thực vật hữu cơ hoặc có nguồn gốc sinh
học được đề cao, tập trung nghiên cứu và phát triển. Trong đó, phổ biến và hiệu quả
nhất là việc sử dụng chế phẩm sinh học có chứa vi nấm Trichoderma sp., là loại vi
nấm có tác dụng cao trong việc thúc đẩy quá trình phân huỷ chất hữu cơ,

Ngày nay, theo sự phát triển của khoa học, công nghệ sinh học, việc sử dụng
chế phẩm Trichoderma sp. ủ phân hữu cơ để bón cho cây trồng sẽ giúp tăng cường
hệ vi sinh vật có ích trong đất, phân giải nhanh các chất hữu cơ thành dạng dễ tiêu,
phân huỷ cellulose thành các acid mùn, cung cấp dinh dưỡng cho cây, phòng một số
bệnh hại cho cây trồng, chất lượng phân được cao hơn.
Các chế phẩm sinh học chứa nấm Trichoderma sp. này còn là chế phẩm sạch,
tạo ra các sản phẩm cây trồng an toàn cho người tiêu dùng, không làm mất đi quần
thể thiên địch có ích trong tự nhiên, không gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người.
Vì những lý do trên, nên em chọn đề tài: “Thử nghiệm quy trình sản xuất sinh
khối bào tử vi nấm phân huỷ cellulose và protein”.
2. Mục đích nghiên cứu
Sản xuất sinh khối bào tử vi nấm Trichoderma sp. và Aspergillus sp. SD4.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Thử nghiệm quy trình lên men thể rắn thu bào tử vi nấm Trichoderma sp. và
Aspergillus sp. SD4 phân huỷ cellulose và protein.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Xác định hoạt tính enzyme ngoại bào.
Xác định độ ẩm nguyên liệu.
1

Lên men thu sinh khối bào tử.
Kiểm tra chất lượng thu được.
5. Phương pháp nghiên cứu
5.1. Phương pháp luận
Trước khi bắt đầu thực hiện đồ án, tôi đã tham khảo các nghiên cứu từ trước đến
nay về nấm Trichoderma sp. cũng như các ứng dụng và lợi ích mà nó mang lại, và
tôi đã chọn môi trường lên men xốp sản xuất bào tử Trichoderma sp. và Aspergillus
sp. SD4 để thực hiện đồ án.
5.2. Phương pháp xử lý số liệu

Sử dụng phần mềm Excel để tính toán và vẽ đồ thị biểu diễn.
5.3. Các kết quả đạt được
Xác định quy trình sản xuất bào tử Trichoderma sp. và Aspergillus sp. SD4.
Chế phẩm bào tử Trichoderma sp. đạt mật độ 3,63.107 ± 1,28.106 (bào tử/g) và
Aspergillus sp. SD4 đạt mật độ 2,98.1011 ± 4,31.109 (bào tử/g) có khả năng nảy mầm
tương đương giống gốc.
5.4. Kết cấu ĐATN
Kết cấu ĐATN có 4 chương gồm:
Chương 1: Tổng quan về tài liệu
Chương 2: Vật liệu và phương pháp
Chương 3: Kết quả
Chương 4: Kết luận và kiến nghị

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về ủ compost
1.1.1. Khái niệm khoa học về ủ compost

Hình 1.1. Chu trình ủ compost.
Ủ compost được hiểu là quá trình phân hủy sinh học hiếu khí các chất thải hữu
cơ được biến đổi thành các chất mùn ổn định do hoạt động của các tổ chức có thể
sống trong điều kiện tự nhiên hiện diện trong chất thải. Các tổ chức này bao gồm các
loại vi sinh vật, như vi khuẩn, nấm, chất thải hữu cơ được phân huỷ ban đầu từ sinh

3

vật tiêu thụ bậc một như vi khuẩn, nấm. Quá trình diễn ra chủ yếu giống như phân

hủy trong tự nhiên, nhưng được tăng cường và tăng tốc bởi tối ưu hóa các điều kiện
môi trường cho hoạt động của vi sinh vật.
Lịch sử quá trình ủ compost đã có từ rất lâu, ngay từ khi khai sinh của nông
nghiệp hàng nghìn năm trước Công nguyên, ghi nhận tại Ai Cập từ 3000 năm trước
Công nguyên như là một quá trình xử lý chất thải nông nghiệp đầu tiên trên thế giới.
Người Trung Quốc đã ủ chất thải từ cách đây 4000 năm, người Nhật đã sử dụng
compost làm phân bón trong nông nghiệp từ nhiều thế kỷ. Tuy nhiên đến năm 1943,
quá trình ủ compost mới được nghiên cứu một cách khoa học và báo cáo bởi Giáo sư
người Anh, Sir Albert Howard thực hiện tại Ấn Độ. Đến nay đã có nhiều tài liệu viết
về quá trình ủ compost và nhiều mô hình công nghệ ủ compost quy mô lớn được phát
triển trên thế giới. Compost là sản phẩm giàu chất hữu cơ và có hệ vi sinh vật dị
dưỡng phong phú, ngoài ra còn chứa các nguyên tố vi lượng có lợi cho đất và cây
trồng. Sản phẩm compost được sử dụng chủ yếu làm phân bón hữu cơ trong nông
nghiệp hay các mục đích cải tạo đất và cung cấp dinh dưỡng cây trồng. Ngoài ra,
compost còn được biết đến trong nhiều ứng dụng, như là các sản phẩm sinh học trong
việc xử lý ô nhiễm môi trường, hay các sản phẩm dinh dưỡng, chữa bệnh cho vật nuôi
và cây trồng.
Phương pháp ứng dụng vi sinh vật rất quan trọng trong quá trình ủ compost.
Thực tế, hệ vi sinh vật cần thiết cho quá trình ủ compost đã có sẵn trong vật liệu hữu
cơ, tự thích nghi và phát triển theo từng giai đoạn của quá trình ủ compost. Các thành
phần bổ sung thông thường có thể là sản phẩm sau ủ compost hay các thành phần
giúp điều chỉnh dinh dưỡng (C/N). Việc bổ sung các chế phẩm có bản chất là vi sinh
vật ngoại lai hay enzyme là không cần thiết mà vẫn có thể ủ compost thành công.
Kiểm soát tốt các điều kiện môi trường ảnh hưởng tới hoạt động của vi sinh vật chính
là nhân tố quyết định sự thành công của quá trình ủ compost. Kiểm soát tốt quá trình
ủ compost cũng giúp giảm phát sinh mùi ô nhiễm và loại bỏ các mầm vi sinh vật gây
bệnh. Vì vậy các giải pháp kỹ thuật trong công nghệ ủ compost hiện đại đều hướng

4

tới mục tiêu kiểm soát tối ưu các điều kiện môi trường cùng với khả năng vận hành
thuận tiện.
Đặc điểm cần lưu ý đối với ủ compost từ chất thải rắn đô thị là phân loại để loại
bỏ các kim loại nặng hay các hóa chất độc hại khác vì chúng cản trở quá trình chuyển
hóa và có nguy cơ gây ô nhiễm cho sản phẩm compost.
1.1.2. Mục đích của quá trình compost
Ổn định chất thải: các phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình compost sẽ
chuyển hoá các chất hữu cơ dễ thối rửa sang dạng ổn định chủ yếu là các chất vô cơ
ít gây ô nhiễm môi trường khi thải ra đất hoặc nước.
Làm mất hoạt tính vi sinh vật: nhiệt của chất thải sinh ra từ quá trình phân huỷ
sinh học có thể đạt khoảng 50-60oC, đủ để làm mất hoạt tính của vi khuẩn gây bệnh,
virus có hại nếu như nhiệt độ này được duy trì ít nhất 3 ngày. Do đó, các sản phẩm
của quá trình compost có thể loại bỏ an toàn trên đất sử dụng làm chất bổ sung dinh
dưỡng cho đất.
Thu hồi dinh dưỡng và cải tạo đất: các chất dinh dưỡng (N, P, K) có trong chất
thải ở dạng hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ. Sau quá trình compost các chất
này được chuyển hoá thành các chất vô cơ như NO3- và PO4 thích hợp cho cây trồng.
Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biến compost bổ sung dinh dưỡng vô cơ tồn tại
chủ yếu ở dạng không tan. Thêm vào đó, lớp đất trồng cũng được cải tiến nên giúp rễ
cây phát triển tốt hơn.
Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới
chứng minh cho khả năng kháng bệnh của cây được trồng trong đất có bón compost.
Cho đến nay, ở Việt Nam compost chưa được ứng dụng rộng rãi trong nộng nghiệp.
Với hàm lượng dinh dưỡng cao dễ hấp thụ và chũng loại vi sinh vật đa dạng, phân
hữu cơ không những làm tăng năng suất cây trồng mà còn có khả năng kháng bệnh
cao.

5

1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến ủ compost
Hiệu quả của quá trình ủ compost phụ thuộc vào nhóm các tổ chức cư ngụ và
làm ổn định trong chất thải hữu cơ. Do đó quá trình ủ sẽ không đạt kết quả mong
muốn mà nguyên nhân chính là do sự mất cân bằng về thành phần hoá học và điều
kiện lý học trong quá trình ủ. Chính vì vậy cần chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình ủ compost như nhiệt độ, độ ẩm, pH, vi sinh vật, oxy, tỷ lệ C/N và các cấu
trúc chất thải.
1.1.3.1. Các yếu tố vật lý
Các yếu tố vật lý ảnh hưởng đến quá trình ủ gồm: nhiệt độ, độ ẩm, kích thước
nguyên liệu, độ rỗng, thổi khí.
a. Nhiệt độ
Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của vi sinh vật trong
quá trình chế biến phân hữu cơ và cũng là một trong các thông số giám sát và điều
khiển quá trình ủ CTR. Trong luống ủ, nhiệt độ cần duy trì là 55-65oC , vì ở nhiệt độ
này, quá trình chế biến phân vẫn hiểu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt. Khi nhiệt độ tăng
lên ngưỡng này sẽ ức chế hoạt động của VSV. Ở nhiệt độ thấp hơn, phân hữu cơ
không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh. Nhiệt độ trong luống ủ có thể điều chỉnh bằng
nhiều cách khác nhau như hiệu chỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm, cô lập khối ủ với môi
trường bên ngoài bằng cách che phủ hợp lý.
b. Độ ẩm
Độ ẩm là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của VSV trong quá trình chế biến
phân hữu cơ. Vì nước cần thiết cho quá trình hoà tan chất dinh dưỡng vào nguyên
sinh chất của tế bào.
Độ ẩm tối ưu cho quá trình ủ phân CTR nằm trong khoảng 50-60oC. Các VSV
đóng vai trò quyết định trong quá trình phân huỷ CTR thường tập trung tại lớp nước
mỏng trên bề mặt của phân tử CTR. Nếu độ ẩm quá nhỏ (<30%) sẽ hạn chế hoạt động

6

của VSV, còn khi độ ẩm quá lớn (>65%) thì quá trình phân huỷ sẽ chậm lại, sẽ chuyển
sang chế độ phân huỷ kỵ khí vì quá trình thổi khí bị cản trở do hiện tưởng bít kín các
khe rỗng không cho không khí đi qua, gây mùi hôi, rò rĩ chất dinh dưỡng và lan truyền
VSV gây bệnh.
Độ ẩm ảnh hưởng đến quá trình thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nước có
nhiệt dung riêng cao hơn tất cả các vật liệu khác.
Trong trường hợp độ ẩm của khối ủ thấp, có thể điều chỉnh bằng cách thêm
nước vào. Còn khi độ ẩm của khối ủ cao có thể điều chỉnh bằng cách trộn với vật liệu
độn có độ ẩm thấp hơn như mạt cưa, rơm rạ…
Độ ẩm của phân bắc, bùn, phân động vật thường cao hơn giá trị tối ưu, do đó
cần bổ sung thêm các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần thiết. Đối với hệ
thống làm compost vận hành liên tục, độ ẩm có thể được khống chế bằng cách tuần
hoàn sản phẩm compost.
c. Kích thước nguyên liệu
Kích thước nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phân huỷ. Quá trình phân
huỷ hiếu khí xảy ra trên bề mặt hạt, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng diện tích bề mặt
lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, gia tăng vận tốc phân huỷ. Tuy nhiên, nếu kích
thước hạt quá nhỏ và hạn chế sự lưu thông khí trong đống ủ, điều này sẽ làm giảm
oxy cần thiết cho các VSV trong đống ủ và giảm mức độ hoạt động của VSV. Ngược
lại, hạt có kích thước quá lớn sẽ có độ xốp cao và tạo ra các rãnh khí làm cho sự phân
bố khí không đều, không có lợi cho quá trình chế biến phân hữu cơ.
Đường kính hạt tối ưu cho quá trình chế biến khoảng 3-50mm. Kích thước hạt
tối ưu có thể đạt được bằng nhiều cách như cắt, nghiền và sàng vật liệu thô ban đầu.

7

d. Độ rỗng
Độ rỗng của khối vật liệu ủ là một yếu tố quan trọng trong quá trình chế biến

phân hữu cơ. Độ rỗng tối ưu sẽ thay đổi tuỳ loại vật liệu chế biến phân. Thông thường,
để quá trình chế biến diễn ra tốt khoảng 35-60%, tối ưu là 32-36%.
Độ rỗng của CRT ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cung cấp oxy cần thiết cho
sự trao đổi chất, hô hấp của VSV hiếu khí và sự oxy hoá các phân tử hữu cơ hiện diện
trong lớp vật liệu ủ. Độ rỗng thấp sẽ hạn chế sự vận chuyển oxy, nên hạn chế sự giải
phóng nhiệt và làm tăng nhiệt độ trong khối ủ. Ngược lại, độ rỗng cao có thể dẫn đến
nhiệt độ trong khối ủ thấp, mầm bệnh không bị tiêu diệt.
Độ rỗng có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng vật liệu cấu trúc với tỷ lệ
trộn hợp lý.
e. Thổi khí
Khối ủ được cung cấp không khí từ môi trường xung quanh để VSV sử dụng
cho sự phân huỷ chất hữu cơ, cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt. Nếu
khí không được cung cấp đầy đủ thì trong khối ủ có thể có những vùng kỵ khí, gây
mùi môi.
Lượng khí cung cấp cho khối phân hữu cơ có thể được thực hiện bằng cách: đảo
trộn, sử dụng ống khí, đổ chất thải từ tầng lưu chất trên cao xuống thấp, thổi khí.
Quá trình đảo trộn cung cấp khí không đủ theo cân bằng tỷ lệ. Điều kiện hiếu
khí chỉ thoả mãn đối với lớp trên cùng, các lớp bên trong hoạt động trong môi trường
tuỳ tiện hoặc kỵ khí. Do đó, tốc độ phân huỷ giảm và thời gian cần thiết để quá trình
ủ phân hoàn tất bị kéo dài.
Cấp khí bằng phương pháp thổi khí đạt hiệu quả phân huỷ cao nhất. Tuy nhiên,
lưu lượng khí phải khống chế thích hợp. Nếu cấp quá nhiều khí sẽ dẫn đến chi phí
quá cao và gây mất nhiệt của khối phân, kéo theo sản phẩm không đảm bảo an toàn
vì có thể chứa VSV gây bệnh. Khi pH của môi trường trong khối phân lớn hơn 7,

8

cùng với quá trình thổi khí sẽ làm thất thoát nito dưới dạng NH3. Trái lại, nếu thổi khí
ít quá môi trường bên trong khối phân trở thành kỵ khí. Vận tốc thổi khí cho quá trình

ủ compost thường trong khoảng 5-10m3 khí/ tấn nguyên liệu/ giờ.
1.1.3.2. Các yếu tố hoá sinh
a. Tỷ lệ C/N
Có rất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ do VSV, trong đó C
và N là cần thiết nhất, tỷ lệ C/N là thông số dinh dưỡng quan trọng nhất, quan trọng
kế tiếp là nguyên tố photpho, lưu huỳnh, canxi. Các nguyên tố vi lượng khác cũng
đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất tế bào.
Khoảng 20-40% của chất thải hữu cơ cần thiết cho quá trình đồng hoá thành tế
bào mới, phần còn lại chuyển hoá thành CO2, C cung cấp năng lượng và sinh khối cơ
bản để tạo ra khoảng 50% khối lượng tế bào VSV. N là thành phần chủ yếu của
protein, axit nucleic, axit amin, enzyme, co-enzyme cần thiết cho sự phát triển và hoạt
động của tế bào.
Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình ủ phân khoảng 30:1. Ở tỷ lệ thấp hơn, N sẽ thừa
và sinh ra khí NH3 gây ra mùi khai. Ở mức tỷ lệ cao hơn hạn chế sự phất triển của
VSV do thiếu N. Chúng phải trải qua nhiều chu kỳ chuyển hoá, oxy hoá phần dư C
cho đến khi đạt tỷ lệ C/N thích hợp. Do đó, thời gian cần thiết cho quá trình làm phân
bị kéo dài hơn và sản phầm thu được chứa ít mùn hơn. Theo nghiên cứu cho thấy nếu
tỷ lệ C/N ban đầu là 20, thời gian cần thiết cho quá trình làm phân là 12 ngày, nếu tỷ
lệ này dao động trong khoảng 20-50, thời gian cần thiết là 14 ngày và nếu tỷ lệ C/N
là 78, thời gian cần thiết sẽ là 21 ngày. Mặc dù vậy, tỷ lệ này cũng có thể được hiệu
chỉnh theo giá trị sinh học của vật liệu ủ, trong đó quan trọng nhất là cần quan tâm
tới các vật liệu ủ có hàm lượng lignin cao.
Khi bắt đầu quá trình ủ phân, tỷ lệ C/N là 30:1 và giảm dần còn 15:1 ở các sản
phẩm cuối cùng do 2/3 C được giải phóng tạo ra CO2 khi các hợp chất này bị phân
huỷ bởi VSV.

9

Trong thực tế, việc tính toán và hiệu chỉnh chính xác tỷ lệ C/N tối ưu gặp phải

khó khăn vì những lý do sau:
-Một phần các chất như cellulose và lignin khó bị phân huỷ sinh học, chỉ bị
phân huỷ sau một khoảng thời gian dài.
-Một số chất dinh dưỡng cần thiết cho VSV không sẵn có.
b. Oxy
Oxy cũng là một trong những thành phần cần thiết cho quá trình ủ phân. Khi
VSV oxy hoá C tạo năng lượng, oxy sẽ được sử dụng và khí CO2 được sinh ra, khi
không có đủ oxy thì sẽ trở thành quá trình yếm khí và tạo mùi hôi như mùi trứng gà
thối của khí H2S.
Các VSV hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy bằng 5%. Nồng độ oxy lớn
hơn 10% được coi là tối ưu cho quá trình ủ phân hiếu khí.
Tổng lượng khí cần cung cấp và do lưu lượng dòng khí là các thông số quan
trọng đối với hệ thống ủ phân trong thùng kín. Nhu cầu oxy thay đổi theo tiến trình ủ
gián đoạn, do đó cần xác định nhu cầu oxy tối đa để chọn máy thổi khí và thiết kế
ống phân phối khí phù hợp.
c. Dinh dưỡng
Ngoài một số nguyên tố đa lượng, quá trình chuyển hoá các chất hữu cơ nhờ
hoạt động VSV cũng cần một số nguyên tố vi lượng khác như P, K, Ca, Fe, Bo, Cu…
Thông thường, các chất dinh dưỡng này không có giới hạn bởi chúng có mặt nhiều
trong các vật liệu làm nguyên liệu cho quá trình ủ phân.
d. pH
Giá trị dinh dưỡng trong khoảng 5,5-8,5 là tối ưu cho các VSV trong quá trình
ủ phân. Các VSV, nấm, tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các axit hữu cơ. Trong
giai đoạn đầu của quá trình ủ phân, các axit này bị tích tụ và kết quả làm giảm pH,
kìm hãm sự phát triển của nấm và VSV, kìm hãm sự phân huỷ của lignin và cellulose.
10

Các axit hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân huỷ trong quá trình ủ phân. Nếu hệ thống trở nên
yếm khí, việc tích tụ các axit có thể làm pH giảm xuống đến 4,5 và gây ảnh hưởng

nghiêm trọng đến hoạt động của VSV.
1.1.4. Chất lượng của compost
Chất lượng của compost được đánh giá dựa trên bốn yếu tố sau đây:
- Mức độ lẫn tạp chất (thuỷ tinh, plastic, đá, kim loại nặng, chất thải hoá học,
thuốc trừ sâu…).
- Nồng độ các chất dinh dưỡng (dinh dưỡng đa lượng N, P, K, dinh dưỡng
trung lượng Ca, Mg, S, dinh dưỡng vi lượng Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co, Bo).
- Mật độ VSV gây bệnh ( thấp đến mức không ảnh hưởng đến cây trồng).
- Độ ổn định (độ chín) và hàm lượng chất hữu cơ ( độ ổn định liên quan đến
nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ oxy trong quá trình chế biến phân hữu cơ, độ ỏn định
thường tỷ lệ nghịch với hàm lượng chất hữu cơ, khi thời gian ủ phân kéo dài, độ ổn
định của phân sẽ tăng, tức là hàm lượng hữu cơ trong phân giảm).
1.1.5. Tính cấp thiết của compost
Cải tạo cơ cấu.
Quân bình độ pH trong đất.
Tạo ra sự màu mỡ trong đất.
Duy trì độ ẩm cho đất.
Tạo ra môi trường tốt cho VSV có lợi sống trong đất.
1.1.6. Những lợi ích và hạn chế của quá trình làm compost
1.1.6.1. Lợi ích của quá trình làm compost

11

Ổn định chất thải rắn: các phản ứng sinh học xảy ra trong quá trình làm phân
hữu cơ sẽ chuyển hoá chất hữu cơ dễ thối rữa sang dạng ổn định, chủ yếu là các chất
vô cơ ít gây ô nhiễm môi trường khí thải và nước.
Làm mất hoạt tính VSV gây bệnh: Nhiệt độ của chất thải sinh ra từ quá trình
phân huỷ sinh vật có thể đạt đến 60oC, đủ để làm mất hoạt tính của VSV gây bệnh,
virus và trứng giun sán nếu nhiệt độ này duy trì ít nhất một ngày. Do đó, sản phẩm

của quá trình làm phân hữu cơ có thể thải bỏ trên đất hoặc sử dụng làm chất bổ sung
dinh dưỡng cho đất.
Thu hồi dinh dưỡng và cải tạo đất: các chất dinh dưỡng (N. P, K) có trong chất
thải ở dạng hữu cơ phức tạp, cây trồng khó hấp thụ. Sau quá trình làm phân hữu cơ,
các chất này được chuyển hoá thành các chất vô cơ như NO3-, PO43- thích hợp cho
cây trồng. Sử dụng sản phẩm của quá trình chế biến phân từ CTR hữu cơ bổ sung
dinh dưỡng cho đất, có khả nặng làm giảm sự thất thoát dinh dưỡng do rò rĩ các chất
dinh dưỡng vô cơ tồn tại chủ yếu dưới dạng không tan. Thêm vào đó, lớp đất trồng
cũng được cải tiến nên giúp rễ cây phát triển tốt hơn.
Làm khô bùn: phân người, phân động vật và bùn chứa khoảng 80-95% nước,
do đó chi phí thu gom, vận chuyển và thải bỏ cao. Làm khô bùn trong quá trình ủ
phân là phương pháp lợi dụng nhiệt của chất thải sinh ra từ quá trình phân huỷ sinh
học làm bay hơi nước chứa trong bùn.
Tăng khả năng kháng bệnh cho cây trồng: với hàm lượng dinh dưỡng cao, dễ
hấp thụ và chủng loại VSV đa dạng, phân hữu cơ không những làm tăng năng suất
cây trồng mà còn làm giảm thiểu bệnh trên cây trồng. Đối với các loại phân hoá học
khác cây trồng chỉ hấp thụ được một phần chất dinh dưỡng nhưng đối với phân hữu
cơ cây trồng có khả năng hấp thụ hầu hết các chất dinh dưỡng, đồng thời cây trồng
phát triển tốt và có khả năng kháng bệnh cao.

12

1.1.6.2. Hạn chế của quá trình làm compost
Hàm lượng chất dinh dưỡng trong phân hữu cơ không thoã mãn yêu cầu.
Do đặc tính của chất hữu cơ có thể thay đổi rất nhiều theo thời gian, khí hậu và
phương pháp thực hiện, nên tính chất của sản phẩm cũng khác nhau. Bản chất vật liệu
làm phân thường làm cho sự phân bố nhiệt độ trong đống phân không đồng đều. Do
đó khả năng làm mất hoạt tính của VSV gây bệnh trong phân cũng không hoàn toàn.
Quá trình làm phân hữu cơ thường tạo mùi hôi, gây mất mỹ quan...

1.2. Vai trò của giống khởi động trong ủ compost
1.2.1. Trichoderma spp
1.2.1.1. Giới thiệu
a. Phân loại

Hình 1.2. Nấm Trichoderma spp.

13

Trichoderma spp, là giống nấm khá phổ biến trong tự nhiên, tuy nhiên hệ thống
phân loại của chúng chưa rõ ràng và khá phức tạp, do đó có nhiều ý kiến khác nhau
đưa ra khi phân loại giống nấm này.
Ngành: Ascomycota
Lớp: Sordariomycetes
Bộ: Hypocreales
Họ: Moniliaceae
Chi: Trichoderma
Chúng có 89 loài như: Trichoderma harzianum, Trichoderma koningii,
Trichoderma reesei, Trichoderma viride, Trichoderma cerinum, Trichoderma
aggressivum, Trichoderma candidum, Trichoderma effusum.........
b. Hình thái, sự sinh trưởng và sự hình thành bào tử của nấm Trichoderma
spp
Đặc điểm hình thái: Trichoderma spp, là một loại nấm đất, phát triển tốt trên
các loại đất giàu dinh dưỡng hoặc trên tàn dư thực vật. Đặc điểm hình thái của nấm
này là cành bảo tử không màu, sợi nấm không màu, có vách ngăn, có khả năng phân
nhánh nhiều và cho lượng bào tử rất lớn. Bào tử thường có màu xanh, đơn bào hình
trứng, tròn, elip hoặc hình oval tuỳ theo từng loại. Bào tử đính ở đỉnh của cành.
Sự sinh trưởng của Trichoderma spp: là một loại nấm sinh trưởng trong đất nên
Trichoderma spp, có khả năng sử dụng nguồn hỗn hợp carbon và nitrogen. Nguồn

carbon và năng lượng Trichoderma spp, sử dụng được là đường đơn và đường đa,
cùng với hỗn hợp purines, pyrimidines acid amin, tannin, aldehydes và acid hữu cơ.
Đặc biệt là acid béo, methanol methylamine, formate và NH3 là nguồn đạm bắt buộc
phải có trong môi trường nuôi cấy Trichoderma spp. Môi trường có nhiều dinh dưỡng
muối, các nguồn sulfur và các hỗn hợp như vitamin cũng có ảnh hưởng khá lớn đến

14

khả năng sinh trưởng của Trichoderma spp. Nhưng muối sodium chloride sẽ làm
giảm sinh trưởng và phát triển của một số loại nấm Trichoderma spp. Do đó trong
môi trường nuôi cấy không được có mặt của muối này. Nồng độ CO2 trong môi trường
nuôi cấy cũng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của nấm Trichoderma spp. Tuy nhiên,
ảnh hưởng của CO2 đến sinh trưởng và sản xuất của Trichoderma spp phụ thuộc vào
nồng độ pH của môi trường trong đất. Nồng độ CO2 10% không ảnh hưởng đến tốc
độ sinh trưởng của Trichoderma spp. Tốc độ mọc nhanh của Trichoderma spp ở nồng
độ CO2 cao trong môi trường kiềm. Điều này có thể giải thích vì sao Trichoderma
spp thường sống trong môi trường đất phèn, ẩm ướt, ít hiện diện trên đất kiềm. Vì thế
CO2 có ảnh hưởng đến sinh trưởng của Trichoderma spp tại độ pH có giá trị cao.
Sự hình thành bào tử trên môi trường: phần lớn các loại Trichoderma spp có độ
cảm quang, dễ nảy mầm ở nhiều điều kiện môi trường trong tự nhiên và nhân tạo
dưới điều kiện tối sáng lẫn lộn, hay bào tử có thể xuất hiện trong điều kiện sáng.
Nhiều tác giả công bố, Trichoderma spp không hình thành bào tử ở bước sóng dưới
254 nm hoặc trên 1100nm và hình thành nhiều bào tử ở bước sóng 380-440nm. Các
hỗn hợp như azaguanie, 5- fluororacil, actiomycin D, cycloheximide, phennethyl
alcohol và ethidium bromide ngăn cản sự hình thành các bào tử hậu, làm tăng khả
năng phòng trừ sinh học của các nấm Trichoderma spp.
c. Yếu tố môi trường ảnh hưởng đến nấm Trichoderma spp
Nhiệt độ: Trichoderma spp có thể phát triển trong khoảng nhiệt độ khá rộng từ
15 đến 35oC, trong đó, ở nhiệt độ từ 15 đến 20oC Trichoderma spp chậm hình thành

bào tử. Nhiệt độ 25-30oC là khoảng nhiệt độ tối ưu đế Trichoderma spp sinh trưởng
và phát triển nhanh, lượng bào tử nhiều và thời gian sinh sản bào tử sớm. Ở 35oC
Trichoderma spp phát triển kém, khả năng sinh bào tử yếu.
Ánh sáng: với cường độ chiếu sáng liên tục, nấm phát triển nhanh, nhưng mật
độ bào tử ít. Tối liên tục sợi nấm phát triển chậm, mật độ thưa, sợi nấm hình thành
xong sau đó bào tử hình thành theo từng đợt rất rõ. Sáng tối xen kẽ sợi nấm hình
thành nhiều (chỉ 2 ngày), mật độ dày, sau đó xuất hiện nhiều bào tử.
15

1.2.1.2. Vai trò của giống khởi động
Trong những năm gần đây, cùng với xu hướng phát triển một nền nông nghiệp
sạch và bền vững, các loại phân bón - thuốc bảo vệ thực vật hữu cơ hoặc có nguồn
gốc sinh học được đề cao, tập trung nghiên cứu và phát triển. Cùng với chức năng
nghiên cứu, chuyển giao công nghệ và sản xuất các chế phẩm sinh học phục vụ nông
nghiệp, Trung tâm Công nghệ sinh học TP.HCM đã nghiên cứu và sản xuất thành
công chế phẩm sinh học BIMA có chứa vi nấm Trichoderma sp. là loại nấm đối
kháng có tác dụng cao trong việc thúc đẩy quá trình phân huỷ chất hữu cơ và có nhiều
tác dụng, được dùng cho các loại cây trồng.
Chống được các loại nấm bệnh cây trồng gây bệnh thối rễ, chết yểu, xì mủ, …
do các nấm bệnh gây nên (Rhizoctonia solani, Fusarium solani, Phytophtora,
Sclerotium rolfsii,…).
Tạo điều kiện tốt cho vi sinh vật cố định đạm sống trong đất phát triển.
Sinh tổng hợp các enzyme cellulase, chitinase, protease, pectinase, amlylase nên
có khả năng phân giải tốt các chất xơ, chitin, lignin, pectin trong phế thải hữu cơ
thành các đơn chất dinh dưỡng, tạo điều kiện cho cây hấp thu được dễ dàng.
Kết hợp với phân hữu cơ có tác dụng cải tạo đất xốp hơn, chất mùn nhiều hơn,
đất trồng có độ phì cao hơn.
Hạn chế việc sử dụng các phân bón hoá học và thuốc trừ sâu hoá học độc hại.
Có thể sử dụng kết hợp với một số chế phẩm vi sinh khác như biolactyl, subtyl,

… để sản xuất chế phẩm Microfost phân hủy phân hầm cầu, và xử lý đáy ao hồ nuôi
tôm cá, khử mùi hôi ở bãi phân, chuồng trại, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường;
phối trộn để sản xuất phân hữu cơ vi sinh, phân hữu cơ sinh học, tăng cường khả năng
chống nấm bệnh gây hại hệ thống rễ cây trồng và cải tạo đất.

16

a. Cơ chế ký sinh
Đặc trưng của nấm Trichoderma spp là sống hoại sinh, đồng thời cũng sống kí
sinh trên nấm gây bệnh cây (Cook và Baker, 1983).
Nấm Trichoderma spp có khả năng ký sinh trên nhiều loại nấm bệnh quan trọng
trên nhiều loại cây trồng như Scerotium Rolfsii, Fusarium Spp, Pythium,
Macrophomina, Botrytis cenerea, Rhizoctonia solani…
Sự ký sinh là 1 tiến trình phức tạp qua nhiều giai đoạn:
Đầu tiên là phát hiện ký chủ và tăng trưởng nhanh về hướng ký chủ để tiếp
xúc với ký chủ.
Sau đó quấn quanh hoặc tăng trưởng dọc theo ký chủ và hình thành nên cấu
trúc giống như đĩa bám để xâm nhập vào vách tế bào ký chủ.
b. Cơ chế cạnh tranh dinh dưỡng
Trichoderma sử dụng cùng một nguồn tài nguyên (dinh dưỡng, không gian
sống) với các sinh vật gây bệnh nhưng Trichoderma spp "xâm chiếm" môi trường
trước khi tác nhân không mong muốn đến.
Trichoderma spp rất tích cực trong cạnh tranh về dinh dưỡng và không gian với
những sinh vật khác, thông qua định luật Gaue (nguyên tắc ức chế cạnh tranh).
Các nguyên tắc cho rằng khi hai loài cạnh tranh cho các nguồn tài nguyên quan
trọng (hay trong cùng một môi trường) thì một trong số họ cuối cùng sẽ rời khỏi môi
trường cạnh tranh và dịch chuyển đi nơi khác hoặc có thể chết hoặc chúng có thể
thích ứng với điều kiện môi trường khác thích hợp hơn để chúng có thể tồn tại không
cạnh trạnh với loài cạnh trạnh với chúng. Đây được gọi là định luật Gause.

17

c. Cơ chế tiết enzyme
Cơ chế quan trọng giúp Trichoderma spp đối kháng hiệu quả với nấm gây bệnh
cây là nhờ vào khả năng tiết ra nhiều chất tiết của nấm Trichoderma spp.
Trong đó enzyme là nhân tố quan trọng giúp Trichoderma có khả năng đối
kháng dễ dàng lên cơ chất cũng như khả năng tấn công trực tiếp lên nấm bệnh.
Các loại enzyme do Trichoderma spp tiết ra là:
Endochitinase.
Glucanase.
1,3-beta-glucosidase.
Chitobiosidase.
Trypsin.
Chymotrypsin.
Cellulose.
Protease.
N-acetyl-beta-P glucusaminidase (NAGase).
Lypase…
Trong số các enzyme được tiết ra từ nấm Trichoderma spp thì Endochitinase và
Glucanase 1,3-beta-glucosidase đóng vai trò rất quan trọng trong hoạt động ký sinh
của nấm Trichoderma spp.
Do vách tế bào hầu hết các loài nấm đều được cấu tạo bởi chitin và glucan nên
tác động đồng thời của 2 loại enzyme này sẽ làm tăng khả năng đối kháng của nấm
Trichoderma spp (Margolles Clark và ctv., 1995).

18

d. Khả năng kích thích sinh trưởng cây trồng của nấm Trichoderma spp
Trichoderma spp định cư ở vùng rễ như những vi sinh vật cộng sinh khác, sự
định cư mang lại lợi ích cho cả cây trồng lẫn Trichoderma spp.
Huyền phù của Trichoderma spp vào trong đất làm tăng sự nảy mầm, tăng khả
năng ra hoa, tăng trọng lượng và chiều cao của các loại hoa màu: ớt bắp, cà
chua,…(Bailey & Landsmen, 1998).
Trichoderma spp còn có khả năng tiết ra các chất điều hòa sinh trưởng giúp kích
thích rễ cây phát triển nhanh và mạnh hơn giúp rễ phát triển khỏe, tăng khả năng hút
dinh dưỡng, đề kháng với các nhân tố gây stress, tăng khả năng phòng vệ của cây,
giảm khả năng nhiễm bệnh (Newsham và ctv.,1995).
e. Kích thích tính kháng lưu dẫn và định cư bảo vệ rễ
Định cư bảo vệ rễ: Trichoderma spp có thể định cư trên bề mặt rễ, chúng hình
thành khuẩn lạc trên rễ, một số dòng có khả năng kiểm soát ở vùng rễ cao. Chúng
định cư và phát triển khi rễ tăng trưởng.
Kích thích tính kháng lưu dẫn: ngoài khả năng tấn công trực tiếp mầm bệnh,
Trichoderma spp còn có khả năng kích thích tính kháng lưu dẫn 1 số nấm bệnh. Một
vài dòng được thành lập nhanh, định cư lâu dài trên bề mặt rễ và thâm nhập trong
biểu bì và tế bào, chúng hình thành và giải phóng một số thành phần khác nhau 
làm kích thích tính kháng lưu dẫn và gây ra sự thay đổi quan trọng trong cơ chế
chuyển hóa protein thực vật.
1.2.2. Aspergillus
1.2.2.1. Giới thiệu
a. Phân loại

19

Hình 1.3. Vi nấm Aspergillus spp
-Năm 1729 P. A. Micheli lần đầu tiên mô tả chi Aspergillus.
-Năm 1900, Lindau lại xếp Aspergillus vào trật tự:

Lớp: Fungi imperfect.
Bộ: Hynphomycetes.
Họ: Mucedinaceae.
Họ phụ: Aspergillaceae.
Chi: Aspergillus.
-Năm 1950, Bessey đã xếp Aspergillus vào hai lớp khác nhau:
Lớp 1: Ascomycetes.

Lớp 2: Ascomycetes.

Bộ: Aspergillaces.

Bộ: Moniliales.

Họ: Aspergillaceae.

Họ: Moniliaceae.

Chi: Eurotium.

Chi: Aspergillus.

20

-Năm 1962, Alexopoulos trong cuốn “Introductory Mycology” đã xếp
Aspergillus vào hai lớp: Ascomycetes (khi người ta tìm thấy hình thức sinh sản của
nó) và Form class: Deuteromycetes (ơ trường hợp còn lại).

Lớp: Ascomycetes.

Lớp: Deuteromycetes.

Dưới lớp: Euroascomycetidae.

Bộ: Moniliales.

Bộ: Eurotiales.

Họ: Moniliacea.

Họ: Eurotiaceae.

Chi: Aspergillus.

Chi: Eurotium, Sartorya,
Emerycella (hình thức vô tính
Asperillus)

-Năm 1973, Ainworth đã xếp Aspergillus thuộc tổ chi Phialoconidiae lớp
Hyphomycetes, ngành phụ nấm bất toàn Deuteromycotina
-Năm 1977, Bùi Xuân Đồng căn cứ vào đặc điểm hình thái phát sinh BTT của
Deuteromycota đã xếp chi Aspergillus vào tổ chi Phialocolidiae, lớp phụ
Euhiphomycetidae, lớp Hyphomycetes, ngành phụ nấm bất toàn (Bùi Xuân Đồng,
2001).
-Năm 2000, Robert K Noyd, lại xếp Aspergillus thuộc họ Monilaceae, bộ
Moniliales, lớp Hyphomycetes, ngành Deuteromycota.
Giống Aspergillus có khoảng 200 loài phân bố khắp nơi trong tự nhiên, trong
đó có các loài Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Aspergillus sojae … , có giá trị
sử dụng trong sản xuất enzyme, rượu, acid hữu cơ…

21

b. Hình thái
Giống Aspergillus do Michelli mô tả lần đầu tiên vào năm 1729. Năm 1901
Wehmer đã cho ra đời một chuyên luận phân loại giống nấm bất toàn này.
Hình thái Aspergillus có khuẩn ty phân nhánh, có vách ngăn, bào tử đính không
nằm trong bọc bào tử, cuống sinh thể bình phình ra rõ rệt ở đầu tạo thành bọng lớn
hình cầu 5-6 x 20-30 µm, đôi khi 6-10 x 60-70 µm, màu đen.
Thể bình gồm hai lớp, lớp thứ nhất hình tam giác cân ngược, lớp thứ hai hình
chai, bào tử đính xoè ra, có hình cầu xù xì, có gai nhọn, có màu nâu đen đến đen than,
đường kính 4-5 µm.
c. Đặc điểm sinh học
Aspergillus sinh trưởng được ở nhiệt độ tối thiểu 6-8oC và tối đa 45-47oC; tối
ưu 28-35oC, trong môi trường có độ ẩm tối thiểu là 23%. Độ ẩm môi trường thích
hợp để lên men bán rắn là 60-65%; nó chỉ sinh trưởng và phát triển khi có mặt O2 ở
pH tối ưu là 4-6,5; tuy nhiên, theo Patt (1981) cũng có những chủng sinh trưởng được
ở pH 2. Sự thay đổi pH môi trường nuôi cấy từ 3 đến 6,5 làm thay đổi đáng kể hình
thái của Aspergillus.
d. Đặc điểm sinh hoá
Khả năng lên men đường: Aspergillus có khả năng đồng hoá tốt các loại đường
đơn và đôi như glucose, fructose, maltose, xylose, manose, saccharose.
Khả năng tổng hợp enzyme:
+α-amylase: có khả năng tổng hợp α-amylase ngoại bào để thuỷ phân nhanh
tinh bột tạo dextrin và một ít maltose và glucose.
+Protease: Theo Lương Đức Phâm, Aspergillus có khả năng tạo hai loại
protease. Loại thứ nhất phân giải protein thành polypeptid, pepton, còn loại thứ hai
tiếp tục chuyển hoá cản sản phẩm trên thành acid amin. pH và nhiệt độ tối thích cho
hoạt động của chúng tương ứng là 3 – 4 và 50oC.

22

+Cellulase: là một phức hợp enzyme, chủ yếu là cellulase C1, cellulase Cx
và β-glucosidase hay cellobiase. Cellulase có tác dụng thuỷ phân cellulase thành
cellbiose rồi thành glucose.
+Pectinase: Aspergillus có khả năng tạo pectinase ở nhiệt độ tối thích 25oC
và pH 5,6. Tuy nhiên enzyme thể hiện hoạt tính trong khoảng pH 2,5-6,8.

1.2.2.2. Vai trò giống khởi động
Từ lâu, người ta đã dùng một số loại như Aspergillus niger để sản xuất các chế
phẩm sinh học như acid hữu cơ, các loại enzyme, các chế phẩm giàu protein…, phục
vụ phát triển công nghệ thực phẩm, dược phẩm chăn nuôi…
Trong đó enzyme là nhân tố quan trọng giúp Aspergillus có khả năng đối kháng
dễ dàng lên cơ chất cũng như khả năng tấn công trực tiếp lên nấm bệnh.
Các loại enzyme do Aspergillus sp. tiết ra là:
Amylase.
Glucoamylase.
Pectinase.
Protease.
Celullase
Chitinase…
Do vách tế bào hầu hết các loài nấm đều được cấu tạo bởi chitin và glucan nên
tác động đồng thời của 2 loại enzyme này sẽ làm tăng khả năng đối kháng của nấm
Aspergillus spp (Margolles Clark và ctv., 1995).

23

1.3. Quy trình sản xuất bào tử nấm làm giống khởi động

1.3.1. Giới thiệu các quy trình và phân tích ưu nhược điểm
Để sản xuất chế phẩm bào tử quy mô công nghiệp, người ta có thể áp dụng các
hai phương pháp lên men thể rắn, lên men thể lỏng và lên men bề mặt.
Ưu nhược điểm của lên men thể rắn.
Ưu điểm:
Sản xuất được ở quy mô nhỏ đến trung bình.
Ít tốn chi phí lao động.
Khối lượng nấm thu được cao.
Tận dụng được nguồn nguyên liệu rẻ.
Nhược điểm:
Không sản xuất được trên quy mô công nghiệp lớn.
Ưu nhược điểm của lên men thể lỏng.
Ưu điểm:
Kiểm soát được quá trình lên men.
Tiết kiệm được nguồn nguyên liệu.
Sử dụng các loại máy móc thiết bị như bơm, ống dẫn có khả năng sản xuất
với quy mô công nghiệp lớn.
Nhược điểm:
Khối lượng nấm thu được ít.
Tốn nguồn lao động.

24

Thử nghiệm quy trình sản xuất sinh khối bào tử vi nấm phân huỷ cellulose và protein

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về