Sản xuất phân bón lá từ phụ phế phẩm nông nghiệp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.62 MB, 121 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
ĐẶNG ĐĂNG KHOA
SẢN XUẤT PHÂN BÓN LÁ
TỪ PHỤ PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số ngành: 60420201
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
ĐẶNG ĐĂNG KHOA
SẢN XUẤT PHÂN BÓN LÁ
TỪ PHỤ PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số ngành: 60420201
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN THỊ HAI
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2017
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.
HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Thị Hai
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày … tháng … năm …
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
TT
1
2
3
4
5
Họ và tên
GS.TSKH. Nguyễn Trọng Cẩn
TS. Nguyễn Hoài Hương
TS. Phạm Hữu Nhượng
PGS.TS. Lê Quang Hưng
TS. Hồ Viết Thế
Chức danh Hội đồng
Chủ tịch
Phản biện 1
Phản biện 2
Ủy viên
Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã
được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày 31 tháng 08 năm
2017
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Đặng Đăng Khoa
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 14/07/1991
Nơi sinh: Cà Mau
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
MSHV:
1541880004
I- Tên đề tài: Sản xuất phân bón lá từ phụ phế phẩm nông nghiệp.
II- Nhiệm vụ và nội dung:
-
Định lượng N tổng số và protein tổng số của phụ phế phẩm cá tra.
-
Xác định hoạt tính enzyme bromelain có trong các thành phần của quả dứa.
-
Đánh giá tỷ lệ phụ phế phẩm cá tra và vỏ dứa phù hợp để sản xuất phân bón
-
Đánh giá ảnh hưởng của lượng nước bổ sung phù hợp.
-
Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình phân hủy phụ phế phẩm cá tra
lá.
bằng vỏ dứa.
-
Xác định thời gian thủy phân phụ phế phẩm cá tra bằng vỏ dứa.
-
Đánh giá hiệu quả đối với cây rau cải của dịch thủy phân và sản phẩm phân
bón tạo từ phụ phế phẩm cá tra và vỏ dứa.
III- Ngày giao nhiệm vụ: 15/02/2017.
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 31/08/2017
V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Hai
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và các cộng sự. Các số
liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác ngoài Luận văn Đại học của Đỗ Thành Kỳ và Phạm Thị
Yến Loan (2017).
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn
gốc.
Học viên thực hiện Luận Văn
ii
LỜI CẢM ƠN
Con xin tri ân Bố - Mẹ đã nuôi nấng dạy dỗ con trong suốt những năm qua
và đã khuyến khích động viên con rất nhiều trong suốt thời gian con thực hiện Luận
văn này.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô TS. Nguyễn Thị Hai người
đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành tốt Luận văn
này.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô trong khoa Công
nghệ Sinh học và Viện Đào tạo sau đại học trường Đại học công nghệ Tp.HCM nói
chung và phòng thí nghiệm trường Đại học Công nghệ Tp.HCM nói riêng đã tận
tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất
cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài Luận
văn.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cám ơn đến các anh chị và các em sinh viên đã
hỗ trợ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện đề tài Luận văn Thạc sĩ một cách
hoàn chỉnh.
Tôi xin chân thành cám ơn!
3
TÓM TẮT
Đề tài “Sản xuất phân bón lá từ phụ phế phẩm nông nghiệp” đã được tiến
hành từ tháng 02/2017 đến tháng 08/2017. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài xây dựng
quy trình sản xuất phân bón lá từ phụ phế phẩm cá tra và vỏ dứa. Đồng thời tiến
hành khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá trên cây cải xanh trồng ngoài đồng. Đề tài
tập trung vào các nội dung sau:
-
Định lượng N tổng số và protein tổng số của phụ phế phẩm cá tra.
-
Xác định hoạt tính enzyme bromelain có trong các thành phần của quả dứa.
-
Đánh giá tỷ lệ phụ phế phẩm cá tra và vỏ dứa phù hợp để sản xuất phân bón
-
Đánh giá ảnh hưởng của lượng nước bổ sung phù hợp.
-
Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình phân hủy phụ phế phẩm cá tra
lá.
bằng vỏ dứa.
-
Xác định thời gian thủy phân phụ phế phẩm cá tra bằng vỏ dứa.
-
Đánh giá hiệu quả đối với cây rau cải của dịch thủy phân và sản phẩm phân
bón tạo từ phụ phế phẩm cá tra và vỏ dứa.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, phụ phế phẩm cá tra có N tổng số cao (2,34%)
là nguồn nguyên liệu quý để sản xuất phân bón cho cây trồng. Bên cạnh đó, thành
phần phần trăm khối lượng của một quả dứa Cayenna là: thịt dứa (30,02%), lõi dứa
(6,14%), vỏ dứa (48,53%), chồi ngọn (15,31%), phế phẩm của cây dứa chiếm hơn
70% khối lượng dứa và phần vỏ chiếm khối lượng lớn và có hoạt tính enzyme cao.
Sử dụng enzyme thu từ dịch chiết có trong phế phẩm dứa để thủy phân phụ phế
phẩm cá tra tối ưu trong điều kiện pH= 6, thời gian thủy phân tốt nhất là 12 ngày và
tỷ lệ vỏ dứa: phụ phế phẩm cá tra phù hợp là 0,75: 1, lượng nước bổ sung: vỏ dứa +
phụ phế phẩm cá tra phù hợp là 1: 1. Kết quả khảo nghiệm cho thấy, sản phẩm phân
bón lá này có hiệu quả cho sự phát triển cây trồng cao như phân bón trên thị trường.
ABSTRACT
The topic of “Producing foliar fertilizer from catfish by-products (Pangasius
hypophthalmus) and pineapple peel” has been carried out from February to August
2017. This study focuses on:
- Determining total nitrogen in Kjeldahl and total protein from catfish byproducts.
- Evaluating the bromelain activity of composions of pineapple fruit.
- Evaluating the effect of the ration between pineapple peel and catfish byproducts on total nitrogen and formol nitrogen of fertilizer production.
- Determining the volume of water that was supplied to convert catfish byproducts to fertilizer.
- Evaluating the effect of pH on enzyme activity.
- Determining the optimum time to hydrolyze catfish by-products by using
pineapple peel.
- Determinating the efficiency of foliar fertilizer from catfish by-products
on the crops.
The study result showed that the catfish by-products had a highly total
nitrogen (2.34%) that was a valuable resource to produce fertilizer. Besides, weight
percent composition of a Cayena pineapple was: Pulp (30,02%), core (6,14%), peel
(48.53%) and crown (15,31%). The waste of Pineapple represents about 70% of
pineapple weight and peels had the high weight and high enzyme activity. Using the
bromelain from pineapple peeles to hydrolyze catfish by - products has been carried
out. The optimum pH for the enzyme activity was 6 and the suitable time for the
hydrolyzation was 12 days and optimal ratio of pineapple peel and catfish byproducts was 0.75: 1. The optimal ratio between water and substrate was 1: 1. The
field experiment showed that this foliar fertilizer has efficiency on crop
development as high as commercial fertilizer.
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT............................................................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ...........................................................................................x
MỞ
ĐẦU
.....................................................................................................................1
1.Đặt vấn đề ................................................................................................................1
2.Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................................2
3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu........................................................................... 2
3.1.Đối tượng: ............................................................................................................... 2
3.2.Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................... 2
4.Kết quả đạt được ....................................................................................................... 3
5.Ý nghĩa đề tài ............................................................................................................. 3
CHƯƠNG
1:
TỔNG
.....................................................................4
QUAN
TÀI
LIỆU
1.1.Giới thiệu về cá tra ................................................................................................ 4
1.1.1.Các đặc điểm sinh học cá tra ........................................................................ 4
1.1.2.Các đặc điểm hóa học của cá ........................................................................ 5
1.1.3.Tình hình nuôi cá tra trong nước.................................................................. 8
1.2.Giới thiệu enzyme bromelain ............................................................................... 9
1.2.1.Đặc điểm nguồn thu nguyên liệu ................................................................. 9
1.2.2.Enzyme bromelain ....................................................................................... 11
1.2.2.1.Cấu tạo hóa học..............................................................................11
1.2.2.2.Hoạt tính của enzyme bromelain ...................................................12
1.2.2.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme bromelain .........12
1.3.Nghiên cứu trong và ngoài nước trong việc sử dụng enzyme protease thủy
phân protein cá ............................................................................................................ 13
1.3.1.Nghiên cứu ngoài nước ............................................................................... 13
1.3.2.Nghiên cứu trong nước................................................................................ 15
1.4.Quá trình thủy phân cá ........................................................................................ 18
1.4.1.Các hệ enzyme tham gia phân giải ............................................................ 19
1.4.2.Sự tham gia của vi sinh vật trong quá trình thủy phân ............................ 19
1.4.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân cá ................................... 20
1.5.Tình hình sản xuất rau quả ở việt nam .............................................................. 21
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ................................24
2.1.Vật liệu .................................................................................................................. 24
2.1.1.Dụng cụ ......................................................................................................... 24
2.1.2.Thiết bị .......................................................................................................... 24
2.1.3.Hóa chất ........................................................................................................ 24
2.2.Phương pháp ......................................................................................................... 25
2.2.1.Xác định đạm tổng số bằng phương pháp Kjeldahl ................................ 25
2.2.2.Xác định đạm formol bằng phương pháp Sorensen ................................ 26
2.2.3.Xác định hoạt tính enzyme bromelain bằng phương pháp anson cải tiến
.................................................................................................................................. 26
2.3.Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 29
2.3.1.Đánh giá chất lượng nguyên liệu đầu vào (phụ phế phẩm cá tra) ......... 29
2.3.2.Xác định hoạt tính enzyme bromelain có trong các thành phần của dứa .
.................................................................................................................................. 29
2.3.3.Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ vỏ dứa đến quá trình thủy phân phụ phế
phẩm cá tra. ............................................................................................................ 30
2.3.4.Khảo sát ảnh hưởng lượng nước bổ sung đến quá trình thủy phân. ...... 31
2.3.5.Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân phụ phế phẩm cá
tra. ............................................................................................................................ 32
2.3.6.Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân phụ phế phẩm cá tra bằng
enzyme bromelain trong vỏ dứa. .........................................................................
32
2.3.7.Ổn định dung dịch thủy phân bằng rỉ đường ............................................ 33
vii
2.3.8.Phối chế dịch thủy phân thành chế phẩm phân bón lá để dùng cho rau
ăn lá ......................................................................................................................... 34
2.3.9.Khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá cho cây cải xanh trồng ngoài đồng .
.................................................................................................................................. 34
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN..............................................................35
3.1.Kết quả đánh giá chất lượng của nguyên liệu đầu vào (phụ phế phẩm cá tra)
...................................................................................................................................... 35
3.2.Xác định hoạt tính enzyme bromelain có trong các thành phần của quả dứa ..
...................................................................................................................................... 35
3.3.Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ vỏ dứa/phụ phẩm cá tra đến quá trình thủy
phân phụ phế phẩm cá tra .......................................................................................... 36
3.4.Khảo sát ảnh hưởng của lượng nước bổ sung đến quá trình thủy phân ........ 41
3.5.Khảo sát ảnh hưởng của ph đến quá trình thủy phân phụ phế phẩm cá tra. . 43
3.6.Khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân phụ phế phẩm cá tra bằng
enzyme bromelain trong phế phẩm dứa ..................................................................
47
3.7.Đánh giá chất lượng phân bón thô tạo ra từ phụ phế phẩm cá tra và vỏ dứa48
3.8.Ổn định dung dịch thủy phân bằng rỉ đường .................................................... 49
3.9.Khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá từ phụ phế phẩm cá tra cho rau cải
ngoài đồng. .................................................................................................................. 52
3.9.1.Chiều cao cây ............................................................................................... 52
3.9.2 Số lá trên cây ................................................................................................ 53
3.9.3 Năng suất và trọng lượng trung bình cây .................................................. 54
KẾT LUẬN ...............................................................................................................59
KIẾN NGHỊ ....................................................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................60
PHỤ LỤC
8
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
NT: Nghiệm thức
ĐC: Đối chứng
TN: Thí nghiệm
ĐBSCL: Đồng Bằng Sông Cửu Long
TCHQ: Tổng cục hải quan
VS, VSV: Vi sinh, vi sinh vật
NC: Nước
CP: Chế phẩm
DC: Dịch chiết
PB: Phân bón
9
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng trong cá tra (trên trọng lượng khô)......................7
Bảng 1.2: Tình hình xuất khẩu rau quả của Việt Nam..............................................22
Bảng 2.1: Các bước dựng đường chuẩn Tyrosin ......................................................27
Bảng 2.2: Các bước chuẩn bị mẫu enzyme để đo hoạt tính ......................................27
Bảng 3.1: Kết quả phân tích nguyên liệu đầu vào ....................................................35
Bảng 3.2: Hoạt tính enzyme bromelain có trong các thành phần của quả dứa .........35
Bảng 3.3: Lượng N tổng số có trong dịch thủy phân ở các tỷ lệ qua 3,5 và 7 ngày ủ:
...................................................................................................................................37
Bảng 3.4: Diễn biến pH ở các nghiệm thức qua các ngày ủ: ....................................37
Bảng 3.5: Lượng N formol có trong dịch thủy phân ở các tỷ lệ dứa/cá qua 3,5 và 7
ngày ủ ........................................................................................................................38
Bảng 3.6: Hiệu suất thủy phân protein của cá bằng enzyme bromelain ở các tỷ lệ
dứa/ cá qua 3,5 và 7 ngày ủ:......................................................................................40
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của lượng nước bổ sung đến hàm lượng N tổng số...............41
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của lượng nước bổ sung đến hàm lượng N formol ...............42
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của lượng nước bổ sung đến tỷ lệ N formol/ N tổng số ........43
Bảng 3.10: Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng N tổng số (g/lít) trong dịch thủy phân
...................................................................................................................................43
Bảng 3.11: Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng N Formol (g/lít)..............................45
Bảng 3.12: Ảnh hưởng của pH đến tỷ lệ (%) N formol/N tổng số ở các nghiệm thức
...................................................................................................................................46
Bảng 3.13: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân protein cá Tra..........47
Bảng 3.14: Đánh giá chất lượng phân bón thô..........................................................48
Bảng 3.15: Ảnh hưởng của nồng độ rỉ đường bổ sung. ............................................49
Bảng 3.16: Ảnh hưởng của phân bón lá đến chiều cao của cây cải ..........................52
Bảng 3.17 : Ảnh hưởng của phân bón lá đến số lá rau cải........................................54
Bảng 3.18: Ảnh hưởng của chế phẩm phân bón lá đến năng suất ............................54
10
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Cách sắp xếp các amino acid trong phân tử bromelain ............................12
Hình 1.2: Quá trình đẩy mạnh phản ứng thủy phân của enzyme bromelain ............12
Hình 2.1: Nội dung và phương pháp .........................................................................29
Hình 3.1: Lượng N tổng số có trong dịch thủy phân ở các tỷ lệ dứa/cá qua 3,5 và 7
ngày ủ ........................................................................................................................38
Hình 3.2: Lượng N formol có trong dịch thủy phân ở các tỷ lệ dứa/cá qua 3,5 và 7
ngày ủ ........................................................................................................................39
Hình 3.3: Lượng N formol trên gam phụ phế phẩm cá ở các nghiệm thức ..............42
Hình 3.4: Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng N tổng số ..........................................44
Hình 3.5: Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng N Formol (g/lít) ................................45
Hình 3.6: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thủy phân ở ngày 9 ..............................46
Hình 3.7: Hàm lượng N tổng số chuyển hóa thành N formol ở các ngày ủ .............48
Hình 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ rỉ đường bổ sung đến lượng N tổng số..............49
Hình 3.9: Sơ đồ quy trình thủy phân phụ phẩm cá ...................................................51
Hình 3.10: Chiều cao cây cải ở các nghiệm thức......................................................53
Hình 3.11: Số lá/ cây ở các nghiệm thức ..................................................................54
Hình 3.12: Khối lượng trung bình của cây cải ở các nghiệm thức ...........................55
Hình 3.13: Năng suất thực thu của cây cải ở các nghiệm thức .................................55
Hình 3.14: Cây cải được 10 ngày tuổi (A: phun nước; B: phun dịch chiết thô 2%; C:
phun chế phẩm 2%; D: phun phân bón Sen Trắng 2%) ............................................56
Hình 3.15: Cây cải được 17 ngày tuổi (A: phun nước; B: phun dịch chiết thô 2%; C:
phun chế phẩm 2%; D: phun phân bón Sen Trắng 2%) ............................................57
Hình 3.16: Cây cải được 30 ngày tuổi (A: phun nước; B: phun dịch chiết thô 2%; C:
phun chế phẩm 2%; D: phun phân bón Sen Trắng 2%) ............................................58
1
MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Phân bón là yếu tố quan trọng góp phần tăng năng suất cây trồng trong thời
đại ngày nay. Vì vậy, hàng năm nước ta đã tốn một khoản ngoại tệ lớn để nhập khẩu
phân bón. Chỉ tính riêng quý 1 năm 2017, cả nước đã chi 338 triệu USD để nhập
1,22 triệu tấn phân bón, chủ yếu là phân vô cơ. Việc lạm dụng phân vô cơ có nguy
cơ làm tăng hàm lượng NO3 trong nông sản, nguy hại đến sức khỏe con người. Sử
dụng phân vô cơ lâu ngày sẽ làm thoái hóa môi trường đất và ô nhiễm môi trường.
Do vậy, nền sản xuất nông nghiệp thế giới đang quay trở lại con đường sản xuất
nông nghiệp hữu cơ, trong đó, phân bón vô cơ được thay bằng phân bón hữu cơ.
Bên cạnh sản xuất nông nghiệp, ngành nuôi trồng thủy hải sản cũng đóng góp quan
trọng cho nền kinh tế của Việt Nam. Theo thống kê của Hiệp hội thủy sản Việt Nam
(VASEP), năm 2016, khu vực ĐBSCL chiếm khoảng 5.050 ha diện tích nuôi cá tra
với sản lượng là 1,15 triệu tấn, cung cấp cho hơn 70 nhà máy chế biến mặt hàng
phi lê cá tra đông lạnh. Theo ước tính, phần phụ phế phẩm cá tra trong chế biến phi
lê chiếm đến từ 65 – 70% trong lượng thân cá. Điều này đồng nghĩa với việc phát
sinh một lượng phụ phế phẩm rất lớn khoảng 700.000 – 800.000 tấn bao gồm đầu,
xương, ruột, vi cá,…(Phạm Đình Dũng, Trần Văn Lâm, 2013). Phần phế phẩm này
thường được bán với giá rất rẻ hoặc bỏ đi và gây ô nhiễm môi trường (Cao Thị
Huỳnh Châu, 2007). Trong khi những phần phụ phẩm đó chứa nhiều protein và acid
béo không sinh cholesterol, cộng với khoáng chất và các nguyên tố vi lượng,
enzyme, kích thích tố, chất màu và chất tạo hương (Ngọc Diệp, 2010) có thể sản
xuất thành phân bón chứa acid amin nhờ sự thủy phân của enzyme.
Ở Việt Nam, dứa được trồng ở khắp nơi, chỉ tính riêng ở huyện Tiên Phước,
tỉnh Tiền Giang diện tích dứa với hơn 15.000 ha, sản lượng khoảng 250.000
tấn/năm. Lượng phế phẩm của dứa chiếm hơn 70% trọng lượng trái dứa (Lại Thị
Ngọc Hà, 2009). Khảo sát 2 giống dứa trồng phổ biến ở Việt Nam là giống Queen
và giống Cayenne, Nguyễn Thị Cẩm Vi, 2011, cho biết enzyme bromelain một loại
2
enzyme protease có mặt ở hầu hết các bộ phận của trái dứa như: vỏ, lá, chồi, cuống,
lõi và thịt quả. Như vậy, khi sử dụng trái dứa để chế biến và ăn tươi, chúng ta đã bỏ
phí một lượng rất lớn enzyme bromelain. Nếu sử dụng lượng enzyme này để thuỷ
phân phụ phế phẩm từ ngành chế biến cá tra không những giúp làm giảm ô nhiễm
môi trường mà còn tạo ra được một lượng phân hữu cơ quý giá phục vụ cho nền sản
xuất nông nghiệp sạch của nước nhà.
Xuất phát từ tình hình trên, tác giả tiến hành thực hiện đề tài ”Sản xuất phân
bón lá từ phụ phế phẩm nông nghiệp”.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Mục tiêu của đề tài nghiên cứu này bao gồm:
-
Xác định N tổng số và protein tổng số của phụ phế phẩm cá tra.
-
Xác định hoạt tính enzyme bromelain có trong các thành phần của quả
dứa.
-
Xác định tỷ lệ phụ phế phẩm cá tra và vỏ dứa phù hợp để sản xuất phân
bón lá.
-
Xác định lượng nước bổ sung tối ưu cho quá trình thủy phan.
-
Xác định pH tối ưu cho quá trình thủy phân.
-
Xác định thời gian tối ưu cho quá trình thủy phân.
-
Đánh giá hiệu quả của dịch thủy phân và sản phẩm phân bón lá tạo ra từ
phụ phế phẩm cá tra và vỏ dứa đến sự phát triển của cây rau cải.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tượng:
Phụ phế phẩm cá tra lấy từ các nhà máy chế biến phile tỉnh An Giang và từ
chợ Tp.HCM.
Phế phẩm dứa lấy từ các nhà máy chế biến đóng hộp tỉnh Tiền Giang và từ
chợ Tp.HCM.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Phụ phế phẩm cá tra và phế phẩm dứa thu từ các nhà máy chế biến và chợ.
Sử dụng enzyme có trong phế phẩm dứa để thủy phân phụ phế phẩm cá tra
3
tối ưu trong điều kiện pH, khoảng thời gian và tỷ lệ dứa và cá tra trong nhiệt độ
phòng thí nghiệm. Bảo quản dịch thủy phân bằng cách bổ sung rỉ đường.
Khảo nghiệm dịch sau khi thủy phân phụ phế phẩm cá tra tạo thành chế
phẩm sau đó tiến hành khảo nghiệm trên cải xanh và so sánh với nước, dịch chiết và
phân bón lá đang sử dụng trên thị trường.
4. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Kết quả nghiên cứu cho thấy, phụ phế phẩm cá tra có N tổng số cao (2,34%)
là nguồn nguyên liệu để sản xuất phân bón cho cây trồng. Bên cạnh đó, thành phần
phần trăm khối lượng của một quả dứa Cayenna là: thịt dứa (30,02%), lõi dứa
(6,14%), vỏ dứa (48,53%), chồi ngọn (15,31%), phế phẩm của cây dứa chiếm hơn
70% khối lượng dứa và phần vỏ chiếm khối lượng lớn và có hoạt tính enzyme cao.
Sử dụng enzyme thu từ dịch chiết có trong phế phẩm dứa để thủy phân phụ phế
phẩm cá tra tối ưu trong điều kiện pH= 6, thời gian thủy phân tốt nhất là 12 ngày và
tỷ lệ vỏ dứa: phụ phế phẩm cá tra phù hợp là 0,75: 1, lượng nước bổ sung: vỏ dứa +
phụ phế phẩm cá tra phù hợp là 1: 1. Kết quả khảo nghiệm cho thấy, sản phẩm phân
bón lá này có hiệu quả cho sự phát triển cây trồng cao như phân bón Sen trắng trên
thị trường.
5. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI
Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài cho thấy: Sử dụng enzyme
có trong phế phẩm dứa để thủy phân phụ phế phẩm cá tra tối ưu trong điều kiện
pH= 6, nhiệt độ bình thường phòng thí nghiệm, khoảng thời gian là 12 ngày và tỷ lệ
dứa và cá tra là 0,75 : 1.
Ý nghĩa thực tiễn: Việc tận dụng phụ phế phẩm cá tra và phế phẩm dứa để
tạo chế phẩm phân bón lá giúp làm giảm nguồn gây ô nhiễm môi trường. Đồng thời
cung cấp phân bón sạch cho nền nông nghiệp hữu cơ, giảm chi phí cho việc nhập
phân bón từ nước ngoài.
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.
GIỚI THIỆU VỀ CÁ TRA
Cá tra có tên khoa học là Pangasianodon hypophthalmus trước đây còn có
tên là P.micronemus, là một loài cá nuôi truyền thống trong ao của nông dân các
tỉnh ĐBSCL. Ngoài tự nhiên cá sống ở lưu vực sông Mê Kông (Thái Lan, Lào,
Cam-pu-chia và Việt Nam) (Nguyễn Văn Thường và ctv, 2000).
Cá tra có đặc điểm phân loại như sau:
-
Bộ cá nheo Silurformes.
-
Họ cá tra Pangasiidae
-
Giống cá tra dầu Pangasianodon.
-
Loài cá tra Pangasianodon hypophthalmus.
1.1.1. Các đặc điểm sinh học cá tra
Cá tra phân bố ở lưu vực sông Mê Kông bao gồm các nước: Lào, Việt Nam,
Cam-pu-chia, và Thái Lan. Ở Thái Lan còn gặp cá tra ở lưu vực sông Mê Kông và ở
sông Chao Praya. Ở nước ta những năm trước đây khi chưa có cá sinh sản nhân tạo,
cá bột và cá giống tra được vớt trên sông Tiền và sông Hậu. Cá trưởng thành chỉ
thấy trong ao nuôi, rất ít gặp trong tự nhiên địa phận Việt Nam, do cá có tập tính di
cư ngược dòng sông Mê Kông để sinh sống và tìm nơi sinh sản tự nhiên. Khảo sát
chu kỳ di cư của cá tra ở địa phận Cam-pu-chia cho thấy cá ngược dòng từ tháng 10
đến tháng 5 và di cư về hạ lưu từ tháng 5 đến tháng 9 hàng năm (Nguyễn Chung,
2007).
Cá tra là cá da trơn (không vẩy), thân dài, lưng xám đen, bụng hơi bạc,
miệng rộng, có hai đôi râu dài. Cá tra sống chủ yếu trong nước ngọt, có thể sống
được ở vùng nước hơi lợ (nồng độ muối 7 – 10), có thể chịu được nước phèn với pH
0
0
> 5, dễ chết ở nhiệt độ thấp dưới 15 C, nhưng chịu nóng tới 39 C. (Nguyễn Chung,
2007).
Cá tra khi hết noãn hoàng thì thích ăn mồi tươi sống, vì vậy chúng ăn thịt lẫn
nhau ngay trong bể ấp và chúng vẫn tiếp tục ăn nhau nếu cá ương không được cho
5
ăn đầy đủ, thậm chí cá vớt trên sông vẫn thấy chúng ăn nhau trong đáy vớt cá bột.
Ngoài ra khi khảo sát cá bột vớt trên sông, còn thấy trong dạ dày của chúng có rất
nhiều phần cơ thể và mắt cá con loài khác. Dạ dày của cá phình to hình chữ U và co
giãn được, ruột cá tra ngắn, không gấp khúc lên nhau mà dính vào màng treo ruột
ngay dưới bóng khí và tuyến sinh dục. Dạ dày to và ruột ngắn là đặc điểm của cá
thiên về ăn thịt. Khi cá lớn thể hiện tính ăn rộng, ăn đáy và ăn tạp thiên về động vật
nhưng dễ chuyển đổi loại thức ăn bắt buộc khác như mùn bã hữu cơ, thức ăn có
nguồn gốc động vật. Trong ao nuôi cá tra có khả năng thích nghi với nhiều loại thức
ăn khác nhau như cám, rau, động vật đáy (Nguyễn Chung, 2007).
Cá tra có tốc độ tăng trưởng tương đối nhanh, còn nhỏ cá tăng nhanh về
chiều dài. Cá ương trong ao sau 2 tháng đạt chiều dài 10-12 cm. Từ khoảng 2,5 kg
trở đi, mức tăng trọng lượng nhanh hơn so với tăng chiều dài cơ thể. Cỡ cá trên 10
tuổi tự nhiên (ở Cam-pu-chia) tăng trọng rất ít. Cá tra trong tự nhiên có thể sống
trên 20 năm hoặc có mẫu cá dài tới 1,8m. Độ béo Fulton của cá tăng dần theo trọng
lượng và nhanh nhất ở những năm đầu, cá đực thường có độ béo cao hơn cá cái và
độ béo thường giảm đi khi vào mùa sinh sản (Nguyễn Chung, 2007).
1.1.2. Các đặc điểm hóa học của cá
Thành phần hóa học của cá phụ thuộc vào vùng đánh bắt vào thời gian trong
năm và độ lớn của cá. Thành phần hóa học của cơ thịt cá gồm có nước, protein,
lipid, glucid, muối vô cơ, vitamin, enzyme, hormone.
Nước
Chiếm trung bình từ 55-83%. Nó đóng vai trò và chức năng quan trọng trong
đời sống và chất lượng của cá. Nước tham gia vào phản ứng sinh hóa, vào các quá
trình khuếch tán trong cá, tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển, ngoài ra liên kết
với các chất protein.
Protein
Protein trong cá có thể chia làm ba nhóm cơ bản: nhóm hòa tan trong nước
(albumin); nhóm hòa tan trong dịch muối (globulin); nhóm hòa tan trong nước và
dịch muối (miostromin).
6
-
Nhóm albumin gồm có miozin (actomiozin, tropomiozin, nucleomiozin).
Trong thịt cá tươi lượng albumin 17-21%, globumin 78-80% và miotromin gần 3%
so với lượng protein chung.
-
Nitơ không protit ở trong thịt cá hòa tan được trong nước và bao gồm
những nhóm hợp chất: axit amin (arginin, histindin, lizin, alamin, …), amit axit
(creatin, creatinin, uric) và gốc nitơ (ancerin, carnizon, trimetylamin oxyt, gốc bay
hơi –amoni mono-, di- và trimetylamin).
-
Trimetylamin có hàm lượng nitơ không protit ở trong thịt cá gồm 9 đến
18% lượng đạm toàn phần. Trong thịt cá cũng chứa một lượng men nhưng rất ít, đặc
biệt nhiều ở trong ruột cá.
-
Ở trong thịt cá, men thủy phân được chia làm ba nhóm: proteaza, lipaza
và amilaza.
Vitamin
Trong cá có các vitamin A, vitamin nhóm B và D. Vitamin A ở trong gan cá
dao động 30 - 4800 đơn vị/g. Một lượng lớn vitamin B thường chứa trong gan, mắt
và các bộ phận bên trong.
Trứng cá
Protit chiếm từ 20-30%, lipit có từ 1 - 22%, nước có từ 60 - 70% và muối vô
cơ có từ 1 - 2%. Trứng cá có vitamin A, C, D1, B1, B12 và H. Trong trứng cá có một
số axit tự do, trong đó axit lactic có từ 0,2 - 0,5%, axit glycogen vầ glucoza. Trong
muối vô cơ trứng cs còn có nhiều phospho, phần lớn tồn tại ở dạng hữu cơ.
Xương cá
Có thể chia làm hai loại: loại xương cứng và loại xương sụn. Xương sụn:
thành phần chủ yếu là protein phức tạp, keo và albumin; chất vô cơ nhiều nhất là
Na, Ca, K, Mg, Fe…Các axit amin cấu tạo thành protein trong xương sụn chủ yếu là
acid amin tính bazơ như arginin, histidin, lysin…Xương cứng: lượng chất hữu cơ và
vô cơ tương đương, muối vô cơ chủ yếu là Ca3(PO4)2 ngoài ra còn có CaCO3,
Ca(OH)2,… (Phạm Đình Dũng và Trần Văn Lâm, 2013).
7
Da cá
Có 60 - 70% là nước, một ít chất vô cơ chủ yếu là protit và chất béo. Protit
của da cá gồm nguyên keo, elastin, keratin, albulin, albumin trắng và albumin đen.
Da cá dùng để nấu keo.(Phạm Đình Dũng và Trần Văn Lâm, 2013)
Vảy cá
Là vật biến hình của lớp da ngoài và lớp da thật của da cá, vảy cá nhám hình
gai, ngoài có tính chất men, bên trong là chất canxi. Vảy cá dùng để nấu keo,
guamin kết tủa phân ly được từ trong vảy cá có thể làm hạt trân châu và thuốc đánh
bóng các sản phẩm bằng nhựa, loại muối guamin hút được bẳng axit có thể bào chế
thành dược phẩm.
Bong bóng cá
Chủ yếu là collagen, dùng để nấu keo hoặc phơi khô làm dược phẩm (Viện
Cisdoma, 2005).
Vây cá
Tương tự như xương sụn, protein trong vây cá chủ yếu là chondromucoid,
collagen, chondroalbumin, đối với vây cá sau khi chế biến các chất tan phân ly thành
arginin, histidin và lysine chiếm 1/3 tổng lượng acid amin. Thường lấy vây đuôi,
bụng, ngực của một số loài cá nhám để đem chế biến thành sản phẩm vây cá. (Phạm
Đình Dũng và Trần Văn Lâm, 2013).
Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng trong cá tra (trên trọng lượng khô)
Chỉ tiêu
Protein thô
Kết quả (%)
46
N
7,36
Đạm amin
0,56
K2 O
1,07
P 2 O5
6,33
8
1.1.3. Tình hình nuôi cá tra trong nước
Cá thuộc họ Pangassidae (Họ cá tra) với tên Việt có những loài sau:
-
Helicophagus waandersii – Cá tra chuột.
-
Pangasius gigas – Cá tra dầu.
-
Pangasius kunyit – Cá tra bần.
-
Pangasius hypophthalmus – Cá tra nuôi
-
Pangasius micronema – Cá tra.
-
Pangasius larnaudii – Cá vồ đém.
-
Pangasius sanitwongsei – Cá vồ cờ.
-
Pangasius bocourti – Cá xác bụng (Cá basa).
-
Pangasius macronema – Cá xác bầu.
-
Pangasius conchophilus – Cá hú.
-
Pangasius polyuranodon – Cá dứa.
-
Pangasius krempfy – Cá bông lau.
Trong số 13 loài này, có hai loài cá đã được ghi vào sách đỏ Việt Nam. Loài
cá vồ cờ (Pangasius sanitwongsei) được ghi tên trong sách đỏ từ năm 1996. Loài cá
tra dầu (Pangasius gigas) có tên trong sách đỏ từ năm 2002. Ngoài ra có một số loài
đã trở thành cá nuôi, vài loài được nuôi với tầm vóc quy mô.
Đồng bằng sông Cửu Long vốn có truyền thống nuôi cá tra từ lâu đời. Cá tra
được nuôi phổ biến trong ao, đăng quầng, bãi bồi và nuôi lồng bè trên các con sông
lớn thuộc tỉnh An Giang, Đồng Tháp.
Theo thống kê Hiệp hội thủy sản Việt Nam (VASEP), năm 2016, tình hình
nuôi cá tra vẫn chưa thoát khỏi khó khăn, sự không ổn định giá cá tra nguyên liệu
thể hiện rõ rệt qua từng quý và thị trường tiêu thụ đã khiến cho người nuôi chưa
thực sự yên tâm sản xuất. Sản lượng 9 tháng đầu năm giảm nhưng lại tăng vào
những tháng cuối năm. Tính chung cả năm, sản lượng cá tra, ước đạt 1.150 nghìn
tấn, giảm 5,6% so với năm 2015, sản lượng cá tra của các tỉnh Đồng bằng sông Cửu
Long chiếm 99,2% sản lượng của cả nước, ước đạt 1.189 nghìn tấn tăng 4,2% so
với năm 2015, trong đó Đồng Tháp đạt 403,4 nghìn tần (+0,8,%), An
9
Giang đạt 280,5 ngàn tấn (+12,8%). Nước ta với hệ thống sông ngòi dày đặc và có
đường biển dài hơn 3.260 km, nên rất thuận lợi phát triển hoạt động nuôi trồng thủy
sản. Đối với cá tra – basa: là loài cá nước ngọt sống khắp lưu vực sông Mê Kông, ở
những nơi mà nước sông không bị nhiểm mặn từ biển. Với đặc tính này nên những
tỉnh nằm dọc sông Tiền và sông Hậu thường rất thuận lợi cho việc nuôi cá tra, basa.
Hiện các tỉnh có sản lượng cá tra, basa lớn nhất là Đồng Tháp, An Giang, Cần Thơ,
Vĩnh Long, Bến Tre. Sản lượng cá tra nguyên liệu năm 2014 đạt 1.190 nghìn tấn,
trong đó có 5 tỉnh vừa nêu cũng là những tỉnh có sản lượng cá tra lớn nhất (đều trên
100.000 tấn/năm), cung cấp trên 87% sản lượng cá tra chế biến của cả nước. Ngành
hàng cá tra có sự phát triển nhanh chóng, đóng góp lớn cho phát triển ngành thuỷ
sản nói chung cũng như vào phát triển kinh tế - xã hội vùng ĐBSCL nói riêng. Chỉ
trong thời gian ngắn diện tích nuôi thả tăng trên 10 lần, sản lượng đạt trên 1,4 triệu
tấn. Đây là ngành kinh tế quan trọng, thu hút trên 200.000 lao động, hơn 70 cơ sở
chế biến phi lê cá tra đông lạnh, kim ngạch xuất khẩu đạt 1,71 tỷ USD vào năm
2016. Sản lượng cá tra thương phẩm tăng vượt bậc, từ 23.250 tấn năm 1997 tăng lên
1.150.500 tấn trong năm 2013, tăng hơn 50 lần. Sản lượng cá tra năm 2016 đạt 1,15
triệu tấn với diện tích khoảng 5.050 ha.
Hiện nay cá tra đã được nuôi ở hầu hết các tỉnh trong vùng. Những năm gần
đây, việc nuôi loài cá này phát triển mạnh nhằm phục vụ tiêu thụ nội địa và cung
cấp nguyên liệu cho chế biến xuất khẩu. Đặc biệt từ khi chúng ta hoàn toàn chủ
động về giống nhân tạo thì nghề nuôi càng ổn định và có những bước phát triển
vượt bậc.
1.2.
GIỚI THIỆU ENZYME BROMELAIN
1.2.1. Đặc điểm nguồn thu nguyên liệu
Dứa là một loại nông sản vô cùng quan trọng, chỉ đứng thứ hai sau chuối và
đóng góp hơn 20% tổng sản lượng trái cây ở các nước nhiệt đới. Quả dứa được coi
là một trong những cây ăn quả nhiệt đới hàng đầu, loại quả “vua” rất được ưa
chuộng ở các nước phương tây. Các nhà khoa học cho rằng nguồn gốc ban đầu của
dứa là ở lưu vực sông Amazon với Brazil và Paraguay là hai nước thuần hóa được
10
giống dứa đầu tiên.
Ở nước ta, dứa trồng từ Bắc đến Nam, diện tích trồng cả nước hiện khoảng
40.000 ha với sản lượng khoảng 500.000 tấn trong đó 90% là phía nam. Các tỉnh
trồng dứa nhiều ở miền nam là Kiên Giang, Tiền Giang, Cà Mau, Cần Thơ, Long
An… Miền trung có Nghệ An, Quảng Nam, Bình Định … Năng suất quả bình quân
một năm ở các tỉnh phía Bắc khoảng 10 tấn/ha, phía Nam 15 tấn/ha.
Trong năm cây dứa ra hoa nhiều vụ. Ở miền bắc vụ chính ra hoa tháng 2 – 3
thu hoạch tháng 6 – 7, vụ trái ra hoa tháng 6 – 8, thu hoạch tháng 10 – 12. Ở miền
nam dứa có thể ra hoa quanh năm song thường tập trung vào tháng 4 – 5 và tháng 9
– 10 từ khi ra hoa đến thu hoạch trung bình khoảng 4 – 5 tháng.
Hiện nay, trên thế giới dứa là một loại cây trồng phổ biến. Mặt hàng dứa tươi
chiếm vị trí đầu trong cơ cấu sản phẩm quả tươi trên thị trường (trên 50%, theo số
liệu của FAO 2004), trong đó phần lớn là dứa Cayenne. Ở Việt Nam, giống dứa
được trồng chủ yếu là dứa Queen, dứa Cayenne mới được du nhập và trồng ở nước
ta trong khoảng 10 năm trở lại đây. Sản lượng dứa hàng năm ở nước ta đạt khoảng
300 nghìn tấn. Cả nước cũng có đến 15 nhà máy chuyên về sản xuất các sản phẩm
từ dứa Cayenne như dứa cắt khoanh đóng hộp, nước ép từ quả dứa đóng hộp, nước
ép dứa cô đặc... Thực tế cho thấy lượng phế phẩm (lõi và vỏ dứa) luôn là một vấn
đề đối với các nhà máy chế biến bởi cho đến nay chúng ta vẫn chưa có hướng xử lý
thích hợp đối với lượng phế phẩm chiếm đến 2/3 tổng khối lượng nguyên liệu đầu
vào này.
Quả dứa có các thành phần sau đây: Nước 75,7%, protid 0,68%, lipid 0,06%,
glucid 18,4% (saccharose 12,43%, glucose 3,21%), chất chiết xuất 4,35%, cellulose
0,57%, tro 1,24%. Còn có acid citric, acid malic và các vitamin A, B, C. Đặc biệt là
bromelain có thể thuỷ phân vài phút một lượng protein bằng 1.000 lần trọng lượng
của nó và so sánh được với pepsin và papain. Ngoài ra còn có iod, magnesium,
mangan, kalium, calcium, phosphor, sắt, lưu huỳnh.
11
1.2.2. Enzyme bromelain
Bromelain là tên gọi chung cho nhóm enzyme thực vật chứa nhóm
sulfhydryl, có khả năng phân giải protein được thu nhận từ họ Bromeliaceae đặc
biệt là cây dứa (thân và trái).
Bromelain được trích ly từ dứa lần đầu tiên vào năm 1891 và được giới thiệu
như một sản phẩm thương mại vào năm 1957. Hoạt tính của bromelain được phát
hiện ở trong thân và quả dứa.
Bromelain là một enzyme thuộc nhóm protease nó dễ dàng thủy phân hầu hết
các loại protein như casein, gelatin, đậu nành, cá… để tạo thành các peptide, poly
peptide và các acid amin. Bromelain không giống như các loại enzyme khác nó hoạt
động rất rộng cả trong môi trường acid lẫn kiềm. Bromelain vẫn có hoạt tính cả
trong môi trường cơ thể sinh vật.
Bromelain chiếm 50% protein trong quả dứa. Nó có khả năng thủy phân khá
mạnh và hoạt động tốt ở pH 6 – 8. Enzyme bromelain có trọng lượng phân tử
khoảng 33.000 Da.
Trong công nghiệp, phần thân nguyên liệu được dùng làm nguyên liệu chính
để sản xuất enzyme bromelain thương mại, vì đây là nguồn nguyên liệu dồi dào đặc
biệt là sau mùa thu hoạch trái.
1.2.2.1.
Cấu tạo hóa học
Bromelain ở thân và quả dứa có thành phần acid amine thay đổi khác
nhau. Bromelain thân có khoảng 321 – 144 acid amin, còn bromelain quả có khoảng
283–161 acid amin. Bromelain thân là một sợi polypeptide có amino acid ở đầu
amin là valine và ở đầu carbonyl là glycine. Bromelain quả có amino acid ở đầu
amin là alnine.
Enzyme bromelain là một protease-thiol trong trung tâm hoạt động của
bromelain có cysteine. Đây là một amino acid có nhóm hóa học hoạt động mạnh là
–SH (sulfuhydryl) phân tử có dạng hình cầu do cách sắp xếp phức tạp và trong mỗi
phân tử có tất cả 5 cầu nối disulfite.
