Sử dụng chế phẩm enzyme phân giải cellulose từ một số nguồn phế thải trong công, nông nghiệp để nâng cao năng suất trồng nấm và chế biến phân vi sinh từ bã thải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
___________________________

BAO CÀO TONG KẼT
NHIỆM y ụ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHỤC v ụ
QUẢN LÝ NHÀ NƯỚC VÈ BẢO VỆ M ồ i TRƯỜNG

SỬ DỤNG CHÉ PHẨM ENZYME PHÂN GIẢI
CELLULỌSE TỪ MỘT SỚ NGUỒN PHÉ THẢI
TRONG CÔNG, NÔNG NGHIỆP ĐÉ NÂNG CAO
NĂNG SUẤT TRỒNG NÁM VÀ CHÉ BIỂN
PHÂN VI SINH TỪ BÃ THẢI

Cán bộ tham gia chính:

M ã số: QM T-09-01
Chủ trì: ThS. Trần Thị Phương
PGS. TS Nguyễn Thị Loan, Khoa M ôi trư ờ ng, ĐHKHTN, ĐHQ
PGS. TS Trần Yêm, Khoa M ôi trư ờ n g , ĐHKHTN, ĐHQGHN
ThS.Phạm Thị M ai Khoa M ôi trư ờ n g , ĐHKHTN, ĐHQGHN
TS.Phạm Hương Sơn, Trung tâm ứng dụng Cong nghệ Sinh học
ThS. Trịnh Thị Phương Thảo, Trung tâm Năng suất Việt Nam
CN. Nguyễn Thị Sơn, TT C N Sinh học thực vật Viện di truyền
CN. Ngô Anh Tuấn, Viện công nghệ thựcphâm
Đô Văn L ý , chủ cơ sở sản xuâí
-

Hà Nội, 2011
- ~M n O 3 U C C
RUỈVKs Af\/|

-'O N G

^ I A HA
ĨHL
0006000009Ị


BÁ O C Á O T Ó M TẮ T
1. Tên đề t à i : Sử dung chế phẩm enivme phân giải cenllulose từu một số nguồn
phế thải trong công, nông nghiệp để nâng cao năng suẩí trồng nấm và chê biên
phàn vi sinh từ bã thải
2. Mã số: QMT 09- 01
3. Chủ trì đề tài: ThS. Trần Thị Phương

4. Các cán bộ tham gia chính:
1.
2.
3.
4.
5.
6.

PGS. TS Nguyễn Thị Loan, Khoa Môi trường , ĐHKHTN, ĐHQGHN
PGS.TS Trần Yêm, Khoa Môi trường , ĐHKHTN, ĐHQGHN
ThS.Phạm Thị Mai Khoa Môi trường , ĐHKHTN, ĐHQGHN
TS.Phạm Hương Sơn, Trung tâm ứng dụng Cong nghệ Sinh học Quốc Gia
ThS. Trịnh Thị Phương Thảo, Trung tâm Năng suất Việt Nam
CN. Nguyễn Thị Sơn, Trung tâm Công nghệ Sinh học thực vật - Viện di

truyền nông nghiệp
7. CN. Ngô Anh Tuấn, Viện công nghệ thực phẩm
8. Đỗ Văn Lý , chủ cơ sờ sản xuất

5. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu.
5.1. Mục tiê u :
Xây dựng được quy trinh công nghệ sử lý bã thải nông nghiệp,công nghiệp
bằng enzyme công nghiệp rút ngắn được thời gian sử h' cơ chất trồng nấm và nâng
cao nâng suất trồng nấm, giúp các cơ sở trồng nấm bỏ dần thói quen sử lí cơ chất
bằng nhiệt, góp phần bảo vệ môi trường. Bã thải nấm được chế tạo thành phân vi sinh
phục vụ nông nghiệp góp phần quan trọng thúc đẩy nhanh quá trình xây dựng một
nền nông nghiệp sạch ờ Việt Nam

5.2. Nội dung nghiên cứu :
1. Phân lập và tuyển chọn các chùng vi sinh vật có khả năng phân giải cenllulose,
trên rom rạ và bông phế thải, từ mô hình ủ bằng phương pháp lên men tự nhiên
2. Nuôi cấy các chủng vi sinh vật đã tuyển chọn và thử nghiệm các chủng đó trên
rơm rạ và bông phế thải
3. Phân lập và nuôi cấy giống cấp 1,2,3 của nấm sò và nấm rơm phục vụ cho việc
sử lí cơ chất
4. Xây dựng các mô hình sử lí bã thải trên rơm rạ và bông phế thải bằng phương
pháp lên men tự nhiên ( xác định các điều kiện tối ưu về nhiệt độ, độ ẩm. độ PH.
thời aian lên men ).
5. Lựa chọn enzyme phân giải cellulose, từ đó xây dựng quy trình công nghệ sừ
lí bã thải trên rơm rạ bàng phương pháp lên men tự nhiên kết hợp với chế phẩm
enzyme ( xác định các điều kiện tối thích của enzyme về nhiệt độ, độ PH, thòi
gian phản ứng, ti lệ E\S).
6.TỪ các mô hình nghiên cứu lựa chọn mô hình tối ưu. xây dụng quv trình công
nghệ cho từng mô hình
7. Theo dõi mức độ tăng sản lượng của nấm trồng . Đánh giá hiệu quà kinh tế của

từng mô hình lựa chọn
8. Xây dựng quy trình chế biển phân vi sinh từ bã thải sau khi thu hái nấm( Đưa
ra các điều kiệncần thiết để xác lập một quy trình ù đơn giản và có hiệu quả )


9. ứ n g dụng mô hình nghiên cứu sử lí nguyên liệu và quy trình chế biên phân vi
sinh cho một số cơ sở nuôi trồng nấm ăn

6. Các kết quả đạt được.
6. ì. Kết quả khoa học:
1. Báo cáo tổng kết nhiêm vụ
2. Các báo cáo chuyên đề chính:
• Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải
cenllulose, trên rơm rạ,
• Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải
cenllulose, trên bông phế thải
• Nuôi cấy các chủng vi sinh vật đã tuyển chọn và thử nghiệm các chủng đó
trên rơm rạ và bông phế thải
• Phân lập và nuôi cấy giống cấp 1.2,3 của nấm sò và nấm rơm
• Xây đựng các mô hình sử lí bã thài trên rơm rạ và bông phê thải băng
phương pháp lên men tự nhiên ( xác định các điều kiện tối ưu về nhiệt độ, độ
ẩm. độ PHL thời gian lên men ).
• Xây dựng mô hình sừ lí rơm rạ bàng phương pháp lên men tự nhiên kêt hợp
với chế phẩm enzyme HTec ( xác định các điều kiện tối thích của enzyme về
nhiệt độ, độ PH, thời gian phản ứng, ti lệ E\S).
• Xây dựng mô hình sử lí rơm rạ bàng phương pháp lên men tự nhiên kết hợp
với chế phẩm enzyme Htec2 ( xác định các điêu kiện tôi thích cùa enzyme vê
nhiệt độ, độ PH, thời gian phản ứng , tỉ ]ệ E\S).
• Từ các mô hình nghiên cứu lựa chọn mô hình tối uru, xây dựng quy trình công
nghệ cho từng mô hình

• Theo dõi mức độ tăng sản lượng của nấm trồng . Đánh giả hiệu quả kinh tế
của từng mô hình lựa chọn
• Xây dựng quy trình chế biển phân vi sinh từ bã thải sau khi thu hái nấm( Đưa
ra các điều kiệncần thiết để xác lập một quy trình ủ đơn giản và có hiệu quà )
• ứ n g dụng mô hình nghiên cứu sừ lí nguyên liệu và quy trình chế biên phân vi
sinh cho một số cơ sở nuôi trồng nấm ăn
3. Các phụ lục, số liệu, tài liệu liên quan.

6.2. Ket quả ứng dụng thực tiên:
- Đã lựa chọn được enzyme Htec2 đưa vào cơ sờ nuôi trồng nấm ăn tại 2 cơ sở
Đan Phượng, Hà Nội .Quy trình công nghệ đã rút ngắn được thời gian sử lý từ 9 ngày
xuống còn 5 ngày, năng suất của nấm trồng được nâng cao.
- Quy trình công nghệ có thể mở rộng áp dụng cho các cơ sở trồng nấm ăn trong
cả nước.
6.3. Kết quả đào tạo: Đào tạo 02 sinh viên:
1. Đỗ Thị Thuận, ứ n g dụng enzyme Htec2 trong xừ lý rơm rạ để tăng năng suất
trồng nấm rơm, 2011.
2. Nguyễn Quang Huy, ứ n g dụng enzyme Htec2 phân giải cellulose trên cơ
chất rơm rạ để trồng nẩm sò,2011.
6.4. Xuất bàn: Đã đăng 02 bài bảo:


1. Tràn Thị Phương, s ố 3/2011, Công nghệ dùng enzym e để xử lý rom rạ trồng
nấm sò: Một nghề đem lại hiệu quả kinh tế và làm sạch môi trường, Tạp chí của Tổng
cục Môi trường.
2. Trần Thị Phương, Nguyễn Thị Bảo Thoa, Đặng Quang Anh, Tạp chí Khoa
học ĐHQGHN, kh oa học Tự nhiên và Công nghệ 26, s ố 5S, 2010, 831-835.

7. Tình hình kinh phí của đề tài:
- Tổng kinh phí thực hiện đề tài: 300 triệu đồng.

- Kinh phí đã quyết toán: 300 triệu đồng.
- Kinh phí còn lại chưa thanh quyết toán: 0 đồng.

KHOA QUẢN LÝ

CHỦ TRÌ ĐÉ TÀI

ThS. Trần Thị Phưong

C ơ QUAN CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI
*HQ MlÊu TRưÓ nQ


SUMMARY
1. The name of the project:
Use enzyme preparations for cellulolytic of agricultural and industrial
wastes to increase mushroom cultivation productivity and to produce
microbiology manure
2. Code of the project: QTM 09-01
3. Project Leader: M.Sc. Thi Phuong

4. Main Participants:
1. Assoc-Prof. Nguyen Thi Loan - Environment Faculty Natural Sciences - Hanoi National University

University of

2. Assoc-Prof. Tran Yem - Environment Facultỵ - Universitỵ of Natural
Sciences - Hanoi National University
3. M.Sc. Pham Thi Mai Khoa - Environment Faculty - University of Natural
Sciences - Hanoi National University

4. M.Sc. Pham
Technology

Huong Son -

National Center of applying

Biological

5. B.A Nguyen Thi Son - Center of Bio-technology - Institute of Agricultural
Genetics
6. B.A Ngo Anh Tuan - Institute of Food Technology
7. Nguyen Van L y - T h e ow nerof a farm
5. Project’s aims
5.1 Project aims:
Finding out technological methods of Processing agricultural and industrial
vvastes by enzymes in order to shorten time for preparing materials and
increase mushroom cultivation productivity. These methods can be used
to help mushroom growers to eliminate composting process by
temperature and thereíore environment can be protected.


Using vvastes from mushroom cultivation to produce microbiology manure
used in agriculture and this will take an important part in creating a clear
agriculture in Vietnam
5.2Contents:
1. Isolating and selecting microorganism species with ability of cellulolytic
from straw and cotton vvaste pilled and íermented naturally
2. Culturing selected microorganisms and testing them on stravv and
cotton waste

3. Isolating and culturing mushroom spawns of Oyster mushroom and
stravv mushroom being used for preparing materials
4. Building up methods of treating stravv and cotton wastes through
natural íermentation (identiíying maximum conditions of temperature,
humidity, Hydrogen ion concentration and termentation period...)
5. Selecting cellulolytic enzymes and íinding out technological methods of
treating straw and cotton wastes by combining natural fermentation
methods with enzyme preparations (identitying maximum conditions of
temperature, Hydrogen ion concentration, reactive time, E/S portion...)
6. Selecting optimal models from experimental ones and then building a
cultívation method for each model
7. Observing the productive rate of cultivation and evaluating economic
effects of selected models
8. Building a method of Processing microbiologic manure from after-grown
waste (identiíying necessary conditions to make a simple and effective
material preparation)

9. Applying stages of Processing materials and microbiology manure in
mushroom cultivation farms
Achievements
6.1Scientific achievements
1. Reports on the projects
2. Reports on major sub-projects


3.

•

Isolating and selecting microorganisms with ability of cellulolỵtic of

stravv

•

Isolating and selecting microorganisms with ability of cellulolytic of
cotton wastes

•

Culturing selected microorganisms and testing them on straw and
cotton waste

•

Isolating and culturing mushroom spawns of Oyster mushroom and
straw mushroom

•

Building up methods of treating straw and cotton vvastes through
natural
íermentation
(identiíying
maximum
conditions
of
temperature, humidity, Hydrogen ion concentration and íermentation
period...)

•

Selecting cellulolỵtic enzymes and tinding out technological
methods of treating straw and cotton vvastes by combining natural
íermentation methods with enzyme preparations (identiíying
maximum conditions of temperature, Hydrogen ion concentration,
reactive time, E/S portion...)

•

Selecting optimal models from experimental ones and then building
a cultivation method for each model

•

Observing the productive rate of
economic effects of selected models

•

Building a method of Processing microbiologic manure from aftergrown waste (identiíying necessary conditions to make a simple and
effective material preparation)

•

Applying stages of Processing materials and microbiology manure in
mushroom cultivation farms

cultivation

and

evaluating

Appendix, index and documents

6.2Practical achievements
1. We use enzyme Htec2 for mushroom growing at Dan Phuong
mushroom farm. This has reduced material preparation time from 9
days to 5 days and also increased the productivity


2.

This methods can be applied nation-wide

6.3Training achievements
Two students have been trained on
1. applying enzyme Htec2 in treating straw in order to increase
productivity of straw cultivation - st. Do Thi Thuan, 2011
2. applying enzyme Htec2 in cellulolytic of straw used to grow Oyster
mushroom - st. Nguyen Quang Huy, 2011
6.4Publications
1. “ Applying enzymes in treating straw used for growing Oyster
mushroom - work brings economical effect and protects environment”
- No 3/2011 Magazine of Environment Department - The author: Tran
Thi Phuong.
2. Co-authors: Tran Thi Phuong, Nguyen Thi bao Thoa, Dang Quang Anh
- No 5S/2010, 831-835 Magazine of Hanoi National University.
7. Finance: 300 million of Vietnam dong (VND), completed íinancial
documents and receipts.

Faculty of Environmental
Science

Project Leader

Research Hosting Institution


M ỤC LỤC
*

•

Mục lục

Mở đầu
Chương I; Tổng quan tài liệu

1
2

1.1. Tình hình hoạt động sản suất nông nghiệp trong nước
1.2. Tình hình sản xuất bông phế thải
1.3. Phế phụ phẩm sau thu hoạch và ảnh hưởng của nó đến môi trường
1.3.1. Hiện trạng sử dụng phế phẩm rơm rạ ở Việt Nam
1.3.2. Các phương pháp xử lý phế thải nông nghiệp
1.4. Nguyên liệu Lignocellulose
1.4.1. Cellulose và cấu trúc
1.4.2. Cơ chế thủy phân Cellulose

1.4.3. Đặc điểm của Heemi Cellulose
1.4.4. Cơ chế thủy phân HemiCellulose
1.4.5. Đặc điểm của Lignin
1.4.6. Cơ chế phân giải cùa Lignin
1.5. Vi sinh vật phân giải Cellulose
1.5.1. Xạ khuẩn
1.5.2. Vi’ khuẩn
1.5.3. Nấm
1.6. Enzyme phân giải Cellulose
1.6.1. Khái niệm về cellulase
1.6.2. Cơ chế thủy phân cellulose
1.6.3. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme
1.6.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
1.6.3.2. Ảnh hưởng cùa pH
1.7. ứ n g dụng của enzyme
1.7.1. ứ n g dụng trong chế biến thực phẩm
1.7.2. ứ n g dụng trong công nghiệp vải sợi
1.7.3. ứ n g dụng trong công nghiệp giấy
1.7.4. ứ n g dụng trong sản xuất cồn công nghiệp
1.7.5. ứ n g dụng trong xử lý môi trường
1.7.6. ứ n g dụng trong nông nghiệp
1.8. Tình hình sản xuất nấm ăn trên thế giới và Việt Nam
1.8.1. Trên thế giới
1.8.2. Ở Việt Nam
1.9. Giới thiệu về nấm sò
1.9.1. Kỹ thuật trồng nấm sò trước đây
1.10. Giới thiệu về nấm rơm
1.10.1. Các công nghệ nuôi trồng nấm rơmtrước đây
1.11. Đặc điểm phân vi sinh
1.11.1. Khái niệm phân vi sinh

1.11.2. Các dạng phân vi sinh
1.11.3. Vai trò phân vi sinh
1.11.4. Hiện trạng sản xuất phân bón sinh học và công nghệ sản xuất phân vi sinh

3
3
5
5
6
8
9
11
12
13
13
14
14
15
16
16
17
17
17
18
18
19
19
19
20
21

21
21
2ỉ
22
22
23
24
26
27
28
29
29
30
31
33


Chương II: Nguyên liệu và phương pháp

35

2.1. Nguỵên liệu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
2.1.2. Hóa chất
2.1.3. Máy móc và thiết bị nghiên cứu
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Môi trường giữ giống nấm cấp 1 có thành phân (g/1)
2.2.2. Môi trường phân lập và giữ giống vi sinh vật trên cơ chất rơm rạ và bông phê thải
2.2.2.1. Môi trường phân lập và giữ giống vi khuẩn chúng tôi sử dụng môi trường chuân có
thành phần (g)

2 .2 2 .2 . Môi trường phân lập và giữ giống xạ khuẩn
2.2.2.3. Môi trường phân lập và giữ giống nấm
2.2.3. Cách phân lập mẫu trên ca chất rơm và bông phế thải
2.2.4. Tinh sạch giong
2.2.5. Nuôi cấy lắc và li tâm
2.2.6. Đánh giá khả năng phân giải cellulose bằng phương pháp đụclỗ thạch
2.2.7. Phương pháp phân tích enzyme
2.2.7.1. Phương pháp tách cellulose trong rơm rạ
2.2.7.2. Xác định DE theo phương pháp axit Dinitrosalicylic (DNS)
2.2.8. ứ n g dụng enzyme vào xử lý cơ chất trồng nấm
2.2.9. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu hóa lý của bã thải sau trồngnấm trong phòng thí
nghiệm
2.2.9.1. Phân tích các chỉ tiêu hóa lý của bã thải sau trồng nấm: Nts, Pts, K,Cts
2.2.9.2. Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật hữu ích có hoạt lực cao
2.2.9.3. Xây dựng mô hình ù phân hiếu khí

35
35
36
36
37
37
37
38
38
38
39
39
40
40

41
41
41
44
45
45
45
45

Chương III: Kết quả nghiên cứu

45

3.1.
3.2.
3.3.
3.4.

46
49
50
53

Xử lý rơm rạ và bông phế thải bằng phương pháp lên men tự nhiên
Thuyết minh quy trình công nghệ
Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao từ rơm rạ
Lựa chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao để bổ sung vào đống ủ mới trên cơ chất
là rơm rạ
3.5. Theo dõi về sự thay đổi về nhiệt độ của các đống ủ trên cơ chất rơm rạ
3.6. Khả năng phân hủy rơm rạ của các nhóm vi sinh vật trên cơ chất rơm rạ

3.7. Quy trình nuôi trồng nấm sò trên cơ chất rơm rạ
3.8. Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao trên bông phế thải
3.9. Lựa chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao để bổ sung vào đống ủ mới trên bông phế
thải
3.10. Theo dõi về sự thay đổi nhiệt độ các đống ủ trên bông phế thải
3.11. Khả năng phân hủy rơm rạ của các nhóm vi sinh vật trên bông phế thải
3.12. Quy trình trồng nấm sò trên bông phế thải
3.13. Sử dụng rơm rạ và bông phế thải đã xử lý để nuôi trồng nấm ăn, khả năng hình thành
quả thể của pleauotus osteratus
3.14. Enzyme phân giải cellulose
3.14.1. Kết quả tách cellulose có trong rơm
3.14.2. Nhiệt độ thích hơpk cho quá trình phân giải cơ chất
3.14.3. Ảnh hưởng cùa pH đến sự phân giải cơ chất

53
54
54
55
60
60
61
61
62
63
63
63
64


3.14.4. Xác định nồng độ enzyme và thời gian phân giảicơ chất thích hợp

3.15. Enzyme CelicHtec
3.16. Xây dựng quy trình nuôi trồng nấm ăn trên cơ chất là rơmsử dụng enzyme Htec và
Htec2 để đưa vào nuôi trồng nấm sò và nấm rom
3.16.1. Sử dụng enzyme Htec và enzyme Htec2 để trồng nấm sò
3.16.2. Sử dụng enzyme Htec và enzyme Htec2 để trồng nấm rơm
3.17. Lựa chọn mô hình tối ưu, theo dõi mức độ tăng sản lượng của nấm trồng.
Đánh giá hiệu quả kinh tế cùa từng mô hình lựa chọn
3.17.1. Hiệu quả kinh tế sử dụng enzyme Htec2 để trồng nấm rơm
3.17.2. Hiệu quả kinh tế trồng nấm rơm bàng phương pháp lên men tự nhiên
3.17.3. Hiệu quả kinh tế sử dụng enzyme Htec để trồng nấm sò
3.17.4. Hiệu quả kinh tế sử dụng enzyme Htec2 để trồng nấm sò
3.17.5. Hiệu quả kinh tế trồng nấm sò bàng phương pháp lên men tự nhiên
3.76.6. So sánh lợi ích kinh tế giữa các mô hình trồng nấm sò và nấm rơm
3.18. Phân lập và tuyển chọn các chủng giống nấm và nuôi cấy giống cấp 1,2,3 của nấm rơm
và nấm sò
3.18.1. Phân lập giống nấm
3.18.2. Quy trình nhân giống cấp 1
3.18.3. Quy trình nhân giống cấp 2 và 3
3.19. Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất các loại giống nấm
3.19.1. Giống nấm cấp 1
3.19.2. Giống nậm cập 2
3.19.3. Giống nấm cấp 3
3.20. Kết quả phân lập giống nấm rơm và nấm sò
3.21. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu hóa lý của bã thải sau trồng nấm
3.22. Đánh giá số lượng vi sinh vật có trong mẫu bã thải sau trồng nấm
3.23. Quy trình sản xuất phân vi sinh từ bã thải sau trồng nấm
3.24. Đánh giá chất lượng sản phẩm - chế phẩm phân vi sinh từ bã thải sau trồng nấm
3.24.1 Phân lập và xác định số lượng vi sinh vật có trong phân vi sinh
3.24.1.1. Phân lập và xác định số lượng vi khuẩn có trong phân vi sinh
3.24.1.2. Phân lập và xác định số lượng nấm mốc có trong phân vi sinh

3.24.1.3. Phân lập và xác định số lượng xạ khuẩn có trong phân vi sinh
3.25. Các thông số kỹ thuật của phân vi sinh từ bã thải sau trồng nấm
3.26. Tính toán chi phí khi sản xuất lkg phân vi sinh

Kết luận
Phụ lục
Tài liệu tham khảo

65
67
67
70
71
72
72
73
73
74
75
75
76
76
78
79
80
80
81
81
81
82

82
83
86
86
86
86
87
87
88

90


DANH MỤC BẢNG BIỂU

STT

Nội dung

Bảng 1
Bảng 2
Bảng 3
Bảng 4
Bảng 5
Bảng 6
Bảng 7
Bảng 8
Bảng 9
Bảng 10
Bảng 11

Bảng 12
Bảng 13
Bảng 14
Bảng 15
Bảng 16
Bảng 17
Bảng 18
Bảng 19
Bảng 20
Bảng 21

Thống kê diện tích và sản lượng lúa năm 2009
Lượng phế phụ phẩm phát sinh để được 1 tấn nông sản
Hàm lượng Cellulose trong một số nguyên liệu tự nhiên
Hiệu lực của phân Nitragin đến năng suất lạc
Hiệu quả của vi sinh vật phân giải lân với một số loại cây khác
Độ hấp thụ quang của dung dịch glucose bởi các nồng độ khác nhau
Xây dựng quy trình lên men tự nhiên
Kích thước vòng phân giải của các chủng vi sinh vật
Các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao trên rơm rạ
Sự thay đổi nhiệt độ các đống ủ trên rơm rạ
Sự thay đổi chiều cao của các đống ủ trên rơm rạ
Kích thước vòng phân giải các chủng sinh vật trên bông phế thải
Kích thước các chủng vi khuẩn có hoạt tính cao trên bong phế thải
Sự thay đổi nhiệt độ của các đống ủ trên bông phế thải
Sự thay đổi chiều cao của các đống ủ trên bông phế thải
Năng suất nấm rơm và nấm sò trên rơm rạ và bông phế thải
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình phân giải cơ chất
Ảnh hưởng của pH đến quá trình phân giải cơ
chất

Xác định tỉ lệ enzymes và thời gian phân giải cơ chất
Ảnh hưởng của nồng độ enzymestrong cơ chất đến năng suất nấm
Anh hưởng của nồng độ enzymestrong cơ chất đến năng suất nấm

Bảng 22
Bảng 23
Bảng 24

Hiệu quả kinh tế của nồng độ enzymes HTec đến năng suất của nấm rơm
Ảnh hưởng của nồng độ enzymes HTec2đến năng suất của nấm rơm
Anh hưởng của nồng độ enzymes HTec đến năng suất của nấm sò

Bảng 25 Anh hưởng của nồng độ enzymes HTec2 đến năng suất của nấm sò
Bảng 26 Lợi ích kinh tế giữa các mô hình trồng nấm sò
Bảng 27 Lợi ích kinh tế giữa các mô hình trồng nấm rơm
Bảng 28 Tính chất bã thải sau trồng nấm
Bảng 29 Thành phân và số lượng vi sinh vật có trong
bã thải sau trồng nấm
Bảng 30
Số lượng vi khuẩn có ở trong phân vi sinh ở
các nồng độ khác nhau
Bảng 31 Số lượng nấm mốc trong phân vi sinh
Bảng 32 Số lượng xạ khuẩn có trong phân vi sinh
Bảng 33 Các thông số kĩ thuật của phân vi sinh từ bã thải sau trồng nấm

Trai

53,

66,

sò
rơm

75,


DANH MỤC HÌNH

H ình 1. Cấu trúc C ellu lose

9

H ình 2. Các sản phẩm lên m en từ C ellulose
H ình 3. C ơ chế thủy phân C ellu lose theo K ing (1 9 6 9 )

11
và R eese (1 9 5 2 )

12

H ình 4. Đ ường m inh họa ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng en zym e

19

H ình 5. Đ ường m inh họa ảnh hưởng của pH đến vận tốc phản ứng enzym e

19

H ình 6. ứ n g dụng cellu lo se trong sản xuất của nước táo ép

20

H ình 7. ứ n g dụng của c ellu lo se trong tạo vết mài trên quần bò

21

Hĩnh 8. Q uy trình nuôi trồng nấm sò trước đây

27

H ình 9. Q uy trình nuôi trồng nấm rơm trước đây

29

H ình 10. M ặt cắt đứng của đống ủ lên m en tự nhiên

48

H ình 11. Q uy trình trồng nấm sò bằng phương pháp lên m en tự nhiên trên rơm rạ

49

và bông phế thải
Hình 12. Q uy trình nấm sò đối chứng

55

Hình 13.Q uy trình nấm sò thử nghiệm

55

H ình 14. Q uy trình nấm sò đối chứng trên bông phế thải

62

Hình 15. Q uy trình trồng nấm sò thử nghiệm trên bông phế thải

62

Hình 16. Q uy trình côn g nghệ dùng en zym e H tec2 xử lý rơm rạ trồng nấm sò và

68

nấm rơm
Hình 17. Q uy trình côn g nghệ dùng enzym e H T ech xử lý rơm rạ trồng nấm sò và

68

nấm rơm
H ình 18. Q uy trình côn g nghệ sản xuất g iố n g nấm

78

H ình 19. Q uy trình nhân giố n g cấp 1

79

H ình 20. Q uy trình nhân g iố n g cấp 2 và cấp 3

80

H ình 21. Q uy trình sản xuất phân vi sinh từ bã thải sau trồng nấm

84


DANH MỤC ẢNH

Ảnh 1. Hình ảnh về bông của nước ta

4

Ảnh 2. Một số hình ảnh vi sinh vật phân lập trên rom rạ

51

Ảnh 3. Vòng phân giải của một số chủng sinh vật có hoạt tính cao trên

52

rơm rạ
Anh 4. Một số hình ảnh vi sinh vật phân lập trên bông phếthải

57

Anh 5. Một số hình ảnh nuôi cấy vi sinh vật

58

Anh 6 . Vòng phân giải của các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao

59

trên bông phế thải
Ảnh 7. Cellulose được tách từ rơm rạ

63


MỞ ĐẦU
Vấn đề giải quyết phế thải sau thu hoạch nói chung và rơm rạ nói riêng
theo hướng hữu ích về mặt kinh tế và bảo vệ môi trường là một hướng nghiên
cứu cần được quan tâm. Hiện nay, khoa học công nghệ thế giới đã và đang có
những bước tiến vượt bậc, nhất là công nghệ sinh học. Enzyme là một trong
những đối tượng được nghiên cứu và áp dụng nhiều nhất. Cho đến nay, việc sản
xuất chế phẩm enzyme các loại đa dạng và đang phát triển mạnh mẽ trên quy
mô công nghiệp. Thực tế đã có hàng ngàn chế phẩm được bán trên thị trường
thế giới, các chế phẩm này đã được khai thác và tinh ché có độ tinh khiết theo
tiêu chuẩn công nghiệp. Chế phẩm enzyme

không

chỉ được ứng

d ụ n g tr o n g

y

học mà còn được ứng dụng trog nhiều lĩnh vực khác nhau như trong công

nghiệp, nông nghiệp, hóa học, công nghiệp dược phẩm, chế biến dược phẩm và
xử lý môi trường. Với các đặc tính ưu việt là làm tăng hiệu suất và rút ngắn
được thời gian của quá trình chế biến, xử lý, nâng cao chất lượng, giảm giá
thành sản phẩm. Trong thời điểm hiện tại, các loại phế thải công, nông nghiệp
cũng đang được các nhà khoa học trong nước quan tâm theo khía cạnh an toàn
và thân thiện với môi trường.
Việt Nam là quốc gia có trên 70% dân số sống bằng nghề nông. Ngày
nay, với giống lúa mới và quy trình sản xuất tiến bộ, chúng ta đã thu hoạch hàng
năm tới 2-3 vụ lúa, số rơm rạ thu được lên đến hàng chục triệu tấn. Trong những
năm gần đây, đời sống người dân được nâng cao, ở các thôn quê người dân đã
sử dụng các nguồn nhiên liệu khác tiện lợi hơn thay thế trong đun nấu như than,
gas, điện... vì vậy sau khi gặt lúa nông dân đã tuốt lúa ngay tại đồng ruộng, số
rơm rạ này thường bị đốt thành tro, việc làm này gây bất lợi cho đồng ruộng lớn
hơn nhiều lần so với việc làm phân bón như ta tưởng. Các chất hữu cơ trong
rơm rạ và trong đất do nhiệt độ cao đã biến thành các chất vô cơ làm cho đồng
ruộng bị khô, chai cứng do một lượng nước khá lớn bị bốc hơi do nhiệt độ hun
đốt trong quá trình cháy rơm rạ. Đồng thòi, quá trình đốt rơm rạ ngoài trời
không kiểm soát được lượng C 02 phát thải vào khí quyển cùng với c o , CH4,
các NOx và một ít S02.
Vào những ngày cao điểm mùa gặt thậm chí một số địa phương còn vứt
rơm rạ ra đường quốc lộ gây ách tắc giao thông, số rơm rạ còn lại bị vứt bỏ trên
đường ngõ, xóm rất lãng phí đồng thời gây ô nhiễm môi trường sinh thái mà còn
làm mất đi cảnh quan văn hóa đô thị, nông thôn. Song, phế thải nông nghiệp
1


thực sự là một nguồn tài nguyên có giá trị kinh tế vô cùng lớn. Trong khi đó
chính nguồn nguyên liệu này lại rất cần thiết cho nghề trồng nấm với tổng lượng
khoảng 20-30 triệu tấn mồi năm. Chỉ cần sử dựng 10% số nguyên liệu này để
trồng nấm thì sản lượng nấm đã đạt vài trăm ngàn tấn/năm.

Lượng xuất khẩu đạt 40.000 tấn trị giá 40 triệu ƯSD/năm. số còn lại
60.000 ngàn tấn tiêu thụ nội địa. Như vậy, doanh thu về nấm/năm đạt 100 triệu
USD tương đương với trên 1,7 ngàn tỉ đồng Việt Nam. Điều này chứng tỏ nghề
trồng nấm đang mang lại hiệu quả kinh tế cao, vì vậy mà hầu hết các tỉnh trong
cả nước đều có nghề trồng nấm. Chỉ trong vòng 15 năm trở lại đây với sự
chuyển giao công nghệ và áp dụng khoa học kỹ thuật nên nghề trồng nấm ngày
càng phát triển mạnh mẽ. Nghề trồng nấm đối với một số hộ gia đình giờ đây
không đon thuần chỉ là nghề phụ mà đã trở thành nguồn thu nhập chính. Quy
mô sản xuất nấm rải rác khắp 40 tỉnh, thành trong cả nước nhưng tập trung lớn ở
hai khu vực: Đồng bằng sông Cửu Long và Đồng bằng sông Hồng.
Tuy vậy, công nghệ nuối trồng nấm hiện nay theo hai phương pháp xử lý
nguyên liệu bằng nhiệt (hấp thanh trùng ) và ủ đống cho nên năng suất nấm thu
hoạch chưa cao. Vì ngoài yếu tố như giống nấm, nguyên liệu, kinh nghiệm nuôi
trồng, thời tiết thì quy trình công nghệ đóng vai trò vô cùng quan trọng, nó
quyết định đến sự thành công hay thật bại trong việc nuôi trồng nấm. Vì vậy,
việc đưa ra công nghệ mới sử dụng ché phẩm enzyme có hoạt tính cao, có khả
năng phân giải Cellulose nhằm rút ngắn được thời gian xử lý cơ chất và nâng
cao năng suất nấm trồng là một hướng đi mới với rất nhiều triển vọng , sử dụng
enzym công nghiệp sẽ đảm bảo phát triển kinh tế phải đi đôi với bảo vệ môi
trường là việc làm vô cùng có ý nghĩa để nghề trồng nấm được phát triển bền
vững.

2


CHƯƠNG I: TỎNG QUAN
1.1. TÌNH HÌNH HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP TRONG
NƯỚC
Theo báo cáo của Cục Trồng Trọt, sản lượng lúa cả năm 2010 của nước ta
đạt 39,8 triệu tấn (cao nhất từ trước đến nay và cao hơn 900 ngàn tấn so với năm

2009); trong đó các tỉnh phía Bắc đạt 13,2 triệu tấn và các tỉnh phía Nam đạt
26,6 triệu tấn.
Tính đến ngày 15/11/2010, theo Tổng cục Thống kê, cả nước đã thu
hoạch được 1453,4 nghìn ha lúa mùa, bàng 98,6% cùng kỳ năm trước. Trong đó
các địa phương phía Bắc thu hoạch 1137,5 nghìn ha; các địa phương phía Nam
thu hoạch 315,9 nghìn ha. Năng suất lúa Việt Nam cũng vào loại cao nhất vùng
Đông Nam Á, bình quân 5,3 tấn/ha/vụ
Cùng với đó, Hiệp hội Lương thực cũng cho biết kết quả xuất khẩu gạo
của cả nước đén 31/12/2010 đạt 6.754 triệu tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 2.912
tỷ USD. Những con số thống kê trên đã cho thấy phần nào sức ảnh hưởng mạnh
mẽ của ngành trồng lúa với nền kinh tế nước nhà.
Bảng 1: Thống kê diện tích và sản lượng lúa năm 2009
Vùng

Diện tích lúa

Sản lượng lúa

( nghìn ha)

( nghìn tấn)

Cả nước

7440,1

38895,5

Đông băng sông Hông

1155,4

6796,3

669,9

3047,1

duyên hải miền Trung

1221,6

6252

Tây Nguyên

213,6

994,3

Đông Nam Bộ

306,7

1322,4

Đông Băng sông Cửu Long

3872,9

Trung du và
miền núi phía Bắc
Băc Trung Bộ và

20483,4
'

7

y

ịNguôn: Tông cục thông kê)

3


1.2. TỈNH HÌNH SẢN XUẤT BỒNG PHÉ THẢI (39)
Việt nam là một quốc gia mà ngành công nghiệp ngày càng phát triển cao
nói chung và ngành công nghiệp dệt may nói riêng ,Năm 2010, dệt may Việt Nam
đạt kim ngạch xuất khẩu 11,2 tỉ USD và hiện đứng trong nhóm 5 quốc gia có quy
mô xuất khẩu dệt may lớn nhất thế giới. Hiện Việt Nam là nhà xuất khẩu dệt may
đứng thứ hai vào thị trường Mỹ, đứng thứ ba ở thị trường Nhật Bản và thị trường
Châu Âu [37] chính vì thế mà chất thải trong quá trình sản xuất như bông phế
thải, nước thải... cũng chiếm một lượng rất lớn.
Bông ở Việt Nam được trồng ở hai vụ:
- Bông vụ mưa gieo tháng 7 thu hoạch vào cuối tháng 11. Bông trồng theo
vụ mưa chiếm đa phần nhưng có nhiều kiểu trồng khác nhau. Bông có thể trồng
riêng trong 1 vụ (ở Bình Thuận) hoặc trồng ở vụ 2 sau vụ cây trồng ngắn ngày
như đậu xanh, đậu tương, ngô... và có thể trồng thuần hoặc xen canh với cây
ừồng khác.

- Bông có tưới gieo vào tháng 11 và 12, thu hoạch tháng 3 và 4. Có hai
loại: Bông trồng trên các thửa ruộng nhỏ với hệ thống tưới bằng giếng như ở Phú
Yên, Quảng Nam, Quảng Ngãi; Và bông trồng trên diện tích được tưới bằng các
công trình thủy lợi như ở Bình Thuận.

Ảnh 1: Hình ảnh về bông của nước ta

về diện tích: Nhờ có các tiến bộ kỹ thuật và đổi mới về phương thức quản
lý sản xuất nên sản xuất bông tăng mạnh, cao nhất là niên vụ 2002/03 đạt 32267
ha, vụ 2003/04 diện tích bắt đầu giảm sút, vụ 2006/07 diện tích giảm còn 17300
ha bằng hơn 50% vụ 2002/03 và vụ 2007/08 chỉ còn 7324 ha.
4


v ề năng suất đối với bông nhờ nước mưa do phụ thuộc quá lớn vào thời
tiết nên năng suất bông không ổn định. Trong 7 năm qua suất bông dao động
khoảng 1 0 - 1 1 tạ/ha. Trong khi đó suất ngô (cây trồng cạnh tranh chính với
bông) tăng đều đặn mỗi năm 140kg/ha. Theo báo cáo của SOFRECO để cạnh
tranh được, với hai giá ngô và bông trong nông dân tương ứng là 2.700 đồng/kg
và 6000 đồng/kg, năng suất ngô là 4 tấn /ha thì năng suất bông bình quân phải đạt
2.147 kg/ha, một con số khó đạt cho bông vụ mưa.
Đối với bông có tưới: Năng suất bông có tưới trong 7 năm qua tăng liên tục
từ 9,9 tạ trong niên vụ 2001/02 lên 15,01 tạ trong niên vụ 2003/04 và hiện nay đạt
bình quân 20 tạ/ha, nhiều hộ gia đình đạt 3 0 - 3 5 tạ/ha.
c- Giá thành bông xơ trong nước
Giá thành lkg xơ trong 3 vụ bông vừa qua của Công ty CP Bông Việt Nam
duy trì ở mức 20.000 đồng/kg xơ, tương đương 1,25 ƯSD/kg, giá này gần với giá
CIF thế giới. So với các vùng khác như Cộng đồng Châu Âu, nhất là Châu Phi thì
đó là giá cạnh tranh. Nhưng giá bông hạt mà các công ty mua cho người trồng
bông không đủ hấp dẫn so với các cây trồng khác, mặc dù giá thành bông hạt của

nông dân chỉ bằng 70% giá mua này.
1.3. PHẾ PHỤ PHẨM SAU THU HOẠCH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ
ĐÉN MÔI TRƯỜNG
1.3.1. Hiện trạng sử dụng phế phẩm rơm rạ ở Việt Nam
Việt Nam với sản lượng 34-38,9 triệu tấn lúa (2007-2009), thì hằng năm
sẽ có tơi 34-58,4 triệu tấn rơm rạ từ lúa sinh ra. Theo nghiên cứu của tác giả
Nguyễn Đình Hương, thì để có 1 tấn nông sản thì sẽ phát sinh ra lượng phế phụ
phẩm như sau:
jr

-7

?

f

Bảng 2: Lượng p h ê phụ phàm ph át sinh đê được 1 tăn nông sản [5]
Tên nông sản
Lúa

Ngô

Loại phế phụ phẩm

Khối lượng (kg)

Rơm rạ

4000-6000

Cám

150

Trấu

200

Thân, lá

2100-2350

Vỏ, lõi, râu băp
----------------------------*----------------------------------------30—

500
~ — ----------------------------------------------------------------------------—

ịNguôn: Nguyên Đình Hương, 2006)

5


Như vậy, theo tác giả Nguyễn Đình Hương thì hàng năm, rơm rạ sinh ra
từ sản xuất lúa ờ nước ta có thể lên tới 136-233,4 triệu tấn.
Bảng 3: Hàm lượng cellulose trong một số nguyên liệu tự nhiên [9]
% Cellulose

Nguyên liệu
Bông

-

Vỏ hạt

60

-

Sợi

91
Gô thông

41

Giây báo

40-Ỉ-80

Rơm
-

Lúa mì

-

L úa m ạch

34

-

Kiều mạch

42,8

30,5

Vỏ đậu tương

51

Mía
-

Cây trưởng thành

-

Bã

42
56,6

rp i

A

A

Thân ngô

36

Rơm rạ chiếm một khối lượng rất lớn trong tổng sinh khối từ phế thải
nông nghiệp ở nước ta. Trước đây, sau khi thu hoạch vụ mùa, rơm rạ được các
hộ nông dân mang về phơi khô sau đó được dùng để đun nấu và sử dụng trong
một số mục đích khác.
Trong chăn nuôi như nuôi lợn, gà, trâu bò, thỏ... phế phẩm nông nghiệp
là rơm rạ, trấu, cỏ... được dùng làm vật liệu lót chuồng trại, hay làm thức ăn cho
trâu bò, gia súc. Ngoài ra, chúng còn được ủ để tạo thành phân bón cho đồng
ruộng. Một số phế phẩm như trấu có thể dùng để sử dụng trong sản xuất ván ép,
rơm rạ có thể dùng làm chổi quét, dùng để trồng nấm... nhằm phát triển kinh tế.
1.3.2.Các phương pháp xử lý phế thải nông nghiệp
Thành phần hữu cơ trong phế thải rơm rạ bao gồm các thành phần chủ
yếu như cellulose, hemicellulose, và lignin. Chúng liên kết chặt chẽ với nhau
bảo vệ thực vật khi chúng còn sống. Tuy nhiên, khi thực vật chết đi, chúng lại
không dễ phân hủy. Cellulose chiếm một tỷ l;ệ lớn trong thành phần
lignocellulose, và là nhóm hợp chất cao phân tử bền vững chỉ bị phân giải dưới
6


tác dụng axit và kiềm đặc hoặc dưới tác dụng của một hệ thống enzyme
cellulase do vi sinh vật sinh ra.
Nhiệm vụ đặt ra cho công nghệ xử lý rơm rạ mà điển hình là phương
pháp ủ rác để sản xuất phân bón hữu cơ là chuyển hóa toàn bộ các thành phần
có trong rác thành các sản phẩm đảm bảo an toàn cho con người và môi trường.
Đẻ làm được điều này cần có sự hỗ trợ đắc lực của vi sinh vật, đặc biệt là tập
đoàn vi sinh vật chịu nhiệt và ưa nhiệt.
Bản chất của phương pháp xử lý rác, rơm rạ bằng phân hủy sinh học là

nhờ hoạt động sổng của vi sinh vật (vi sinh vật có trong rác, vi sinh vật thuần
khiết được bổ sung trong quá trình xử lý). Rác, rơm rạ được phân hủy thành axit
hữu cơ, mùn, tạo nên sinh khối mới của vi sinh vật, các sản phẩm trao đổi chất
và một số khí như CO 2, CH4
Có nhiều phương pháp xử lý các chất thải hữu cơ chứa ỉignocellulose
bằng phương pháp vi sinh vật được thực hiện trên thế giới [10,20]. Chúng có thể
xếp vào ba nhóm sau:
-

Phương pháp sản xuất khí sinh học từ rác (Biogas)

-

Phương pháp chôn rác (Landíill)

-

Phương pháp ủ rác (Composting)

Bản chất của phương pháp ủ rác là một quá trình chuyển hóa phức tạp
hydratcacbon, các hợp chất hữu cơ đa nhân chứa clo, kim loại nặng do hàng loạt
các vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí không bắt buộc và kỵ khí đảm nhận [19]. Có 2
dạng ủ rác đó là: ủ rác hiếu khí (aerobic composting) và ủ rác kị khí (anaerobic
composting).
Công nghệ ủ rác kỵ khi sinh ra các khí có mùi khó chịu (H 2S, NH3,
CH 4...) và nước rác, thường gây ô nhiễm môi trường. Mặt khác tốc độ phân hủy
chậm, vốn đầu tư lớn và sản phẩm tạo thành có chất lượng chưa cao.
Trong phương pháp ủ rác hiếu khí, các chất thải hữu cơ như cellulose,
hemicellulose, lignin, protein, tinh bột, lipit... đêu được cuyên hóa tạo thành các
sản phẩm chính là mùn, axit hữu cơ, sinh khối vi sinh vật, nhiệt lượng và khí

C 0 2, H20 [28].

Đe có được sản phẩm như trên rác thải hữu cơ phải trải qua hàng loạt các
quá trình chuyển hóa do nhiều chủng vi sinh vật chịu nhiệt và ưa nhiệt đảm nhận
7


Trong quá trình phân hủy rác, hoạt động sống của các vi sinh vật làm
nhiệt độ trong các đống ủ tăng dần lên trong một thời gian dài nên các vi sinh
vật gây bệnh bị triệt tiêu. Ngoài ra, các thành phần kim loại nặng có thể được
chuyển hóa từ dạng độc thành dạng không độc bởi một số vi sinh vật. So với
công nghệ xử lý kị khí, quá trình hiếu khí không làm xuất hiện các khi có mùi
và nước rác tích tụ. Do đó công nghệ xử lý hiếu khí có nhiều ưu điểm hơn so
với công nghệ xử lý kị khí.
Các phương pháp xử lý rác ở Việt Nam hiện nay rất đơn giản, chủ yếu
dựa trên hoạt động của các vi sinh vật có sẵn trong rác thải nên thời gian phân
hủy thường kéo dài trên 6 tháng. Thời gian lên men dài như vậy gây nên tình
trạng ô nhiễm hơn, tốn nhiều diện tích và công sức trong xử lý rác. Mặt khác, ở
quy mô công nghiệp trong các đống ủ sinh học, nhiệt độ thường tăng cao nên đa
số các loài vi sinh vật bản địa không thể tồn tại và phát triển.
Đã có nhiều nghiên cứu ở Việt Nam sử dụng vi sinh vật, đặc biệt là các vi
sinh vật chịu nhiệt và ưa nhiệt để phân hủy rác. Ket quả đạt được là khá tốt, đã
rút ngắn được thời gian phân hủy xuống còn 50 ngày.
Một hướng đi tiện lợi, hiệu quả trong việc xử lý phế thải nông nghiệp hữu
cơ đó là việc sản xuất các chế phẩm vi sinh.
•

Một số chế phẩm vi sinh trong xử lý phế thải nông nghiệp

-

Các chế phẩm vi khuẩn:

+ Chế phẩm nhân nuôi trên môi trường thạch bàng hoặc trên cơ chất
gelatin
+ Chế phẩm vi khuẩn dạng dịch thể
+ Chế phẩm vi khuẩn dạng khô
+ Chế phẩm vi khuản dạng đông khô
+ Chế phẩm dạng bột chất mang
-

Chế phẩm nấm

+ Chế phẩm sợi nấm
+ Chế phẩm bào tử
Đe xử lý phế thải nông nghiệp nói chung và rơm rạ nói riêng, việc lựa
chọn phương pháp xử lý với các chủng vi sinh vật là một hướng đi đúng đắn và
cần thiết. Việc tìm ra các chủng vi sinh vật để tạo các chế phẩm vi sinh nhàm
nâng cao hiệu quả và tính tiện lợi hơn trong xử lý phế thải nông nghiệp, rơm rạ.

8


1.4. NGUYÊN LIỆU LIGNOCELLULOSE
Rơm rạ là một dạng vật liệu lignocellulose, vật liệu biomass phổ biến nhất
ữên Trái Đất. Lignocellulose có trong phế phụ phẩm nông nghiệp, chủ yếu ở
dạng phế phẩm của các vụ mùa; trong sản phẩm phụ của công nghiệp sản xuất
bột giất và giấy; có trong các rác thải rắn của thành phố...
Thành phần chính của vật liệu lignocellulose là cellulose, hemicellulose,
lignin, các chất trích ly và tro.

1 .4 .1 . Cellulose và cấu trúc
Cellulose là thành phần cơ bản của vách tế bào thực vật và có lẽ là hợp
chất sinh học phong phú nhất trên trái đất, hàng năm được tạo thành với khối
lượng lớn đến mức vượt tất cả các sản phẩm tự nhiên khác.
Trong vách tế bào thực vật, cellulose tồn tại trong mối liên kết chặt chẽ
với các polysaccarit khác. Hàm lượng cellulose trong xác thực vật thường thay
đổi trong khoảng 50-80%, trong giấy là 61%, trong trấu là 31%, trong bã mía là
46% (tính theo trọng lượng khô). Trong sợi bông hàm lượng này vượt trên 90%.

về cấu trúc hóa học, cellulose

là một polymer mạch thẳng (polyalcohol)

gồm các phân tử anhydroglucose nối với nhau bàng liên kết p - 1,4 glucozit.
Tuy nhiên trong chuỗi glucan đơn vị lặp lại không phải glucose mà là
cellobiose. Mỗi phân tử glucose có dạng ghế bành, phân tử này quay 180° so với
phân tử kia, vị trí

của các nhóm hydroxyl đều ở mặt phẳng ngang của phân tử

(hình 1).

■H

lì H
Hình 1. Cấu trúc Cellulose
Cellulose có cấu trúc sợi song song, các chuỗi cellulose gắn với nhau nhờ
mạng lưới liên kết hydro, còn các lớp gắn với nhau bằng lực Vandervan.
Trong tự nhiên, các chuỗi glucan của cellulose có cấu trúc dạng sợi, đơn

vị sợi nhỏ nhất cỏ đường kính khoảng 3nm. Các sợi sơ cấp hợp lại thành vi sợi
có đường kính từ 10-40nm, những vi sợi này hợp thành bó sợi to có thể quan sát
9


dưới kính hiển vi quang học. Toàn bộ vỏ sợi có một lớp vỏ hemicellulose và
lignin rắn chắc bao bọc bên ngoài {25}
Cellulose là hợp chất phức tạp và bền vững, không tan trong nước và
trong nhiều dung môi hữu cơ, các dung dịch kiềm loãng cũng không tác dụng,
chỉ bị thủy phân khi đun nóng với axit và kiềm.
Liên kết glucozit không bền với axit, dưới tác dụng của axit cellulose tạo
thành các sản phẩm thủy phân không hòa tan, có độ bền cơ học kém hơn,
cellulose khi thủy phân hoàn toàn sẽ thu được sản phẩm cuối cùng là đường hòa
tan D-glucose.
Dung dịch kiềm làm trương phồng mạch cellulose và hòa tan một phần
các cellulose phân tử nhỏ. Trong khi đó ở điều kiện bình thường một số vi sinh
vật có thể thủy phân cellulose thành đường đơn. {1 }
Theo Heicheln {20} sinh khối thực vật của trái đất là 1x8.1012 tấn, trong
đó cellulose chiếm 40%. Do vậy, tổng lượng cellulose của toàn thế giới là
7,2.10 10 tấn, còn lượng cellulose tạo thành hàng năm là 4.10 10 tấn.
Khối lượng cellulose khổng lồ rất giàu năng lượng này nằm ở dạng thô,
chủ yếu trong các nguồn sau:
- Các phế liệu nông nghiệp: rơm rạ, lá cây, cuống lá, vỏ lạc, trấu, cám, bã
mía, lõi và thân ngô...
- Các phế liệu công nghiệp thực phẩm: vỏ và xơ quả, bã cà phê, bã rau, bã
khoai sắn...
- Các phế liệu công nghiệp gỗ: rễ cây, gỗ vụn mùn cưa...
- Các chất thải của gia đình và đô thị: giấy loại, rác...
Việc thủy phân cellulose bằng phương pháp hóa học hay sinh học vừa có
ý nghĩa về mặt tuần hoàn vật chất, vừa có ý nghĩa về mặt kinh tế. Phương pháp

hóa học đòi hỏi những trang thiết bị rất tốn kém mà lại khó thu được sản phẩm
tinh khiết, vì vậy hiệu quả kinh thế thấp.
Trong khi đó vi sinh vật tăng trưởng nhanh, nuôi cấy dễ, quá trình chiết
rút enzyme đơn giản, enzyme có đặc tính hiệu cao nên có thể thu được sản phẩm
tinh khiết, dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất thường.
Khai thác năng lượng mặt trời tích lũy tiềm năng trong cellulose là hướng
quyết định để giải quyết cơ bản cuộc khủng hoảng năng lượng hiện nay trên thế
giới, cả năng lượng cho con người là protein cũng như năng lượng cho công
nghiệp là nhiên liệu.
10


Theo hướng này, trước hết cellulose phải được thủy phân thành glucose,
rồi từ glucose tào thành nguồn thức ăn cho người và gia súc (protein đơn bào)
hoặc lên men tạo thành các dung môi, chất dẻo và ethanol. [9,16,25 ]
Việc sử dụng các cơ chất cellulose tự nhiên sẽ trở nên đơn giản và thuận
lợi hơn rất nhiều nếu chúng được xử lý trước khi lên men. Để làm trương
cellulose có thể dùng cách xử lý cơ học, hóa học hay xử lý học hợp lý, ví dụ xử
lý siêu âm (bức xạ)... cũng như dùng axit và nồng độ kiềm ở nhiệt độ cao. Việc
tìm ra biện pháp thích hợp và rẻ tiền là rất quan trọng, sự loại bỏ hoặc biến đổi
lignin cũng phụ thuộc vào đó.

Hình 2. Các sản phẩm lên men từ Cellulose
Hiện nay, tính chât phức tạp và chi phí cao cho các cách xử lý này đang là
một trong những yếu tổ cơ bản đối với vấn đề khai thác cellulose cũng như sử
dụng cellulose ờ quy mô công nghiệp.
1.4.2. Cơ chế thủy phân Cellulose
Trong tự nhiên, nhiều loài vi sinh vật, đặc biệt là nấm mốc phân giải
Cellulose rất mạnh nhờ tiết ra xenlulaza ngoại bào. Nấm Trichodermareesei có
thể phân giải 48% Cellulose trong 10 ngày lên men nguyên liệu lingo Cellulose. Nấm Phnerochaete chrysosporium phân giải 69% Cellulose tự nhiên

trong 28 ngày

(13). Khả năng thủy phân Cellulose bởi vi sinh vật cũng khác

nhau. Nhiều loại vi sinh vật khác có khả năng thủy phân hoàn toàn Cellulose

11