Phân lập, tuyển chọn, khảo sát đặc điểm chủng vi khuẩn sinh tổng hợp cellulase từ bã dong riềng sau khi trồng nấm và ứng dụng cho sản xuất phân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------***------------

NGUYỄN PHƢƠNG ANH

PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN, KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM CHỦNG VI KHUẨN
SINH TỔNG HỢP CELLULASE TỪ BÃ DONG RIỀNG SAU KHI TRỒNG
NẤM VÀ ỨNG DỤNG CHO SẢN XUẤT PHÂN BĨN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

HÀ NỘI, 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------***------------

NGUYỄN PHƢƠNG ANH

PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN, KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM CHỦNG VI KHUẨN
SINH TỔNG HỢP CELLULASE TỪ BÃ DONG RIỀNG SAU KHI TRỒNG
NẤM VÀ ỨNG DỤNG CHO SẢN XUẤT PHÂN BĨN

Chun ngành: Cơng nghệ thực phẩm

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. ĐẶNG MINH HIẾU

HÀ NỘI, 2018


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được luận văn này, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi
đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy cơ giáo, gia
đình bạn bè và đồng nghiệp..
Trước tiên tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS. Đặng Minh Hiếu
và PGS.TS. Trần Liên Hà cơng tác tại Bộ mơn Vi sinh - Hóa sinh - Sinh học phân tử
- Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Bách Khoa
Hà Nội, thầy cô là người đã hướng dẫn, giúp đỡ tơi tận tình, chu đáo trong suốt q
trình nghiên cứu và thực hiện luận văn. Đồng thời cũng cảm ơn sinh viên Trương
Thị Phượng – K58 khoa Công nghệ Sinh học - Viện Công nghệ sinh học và Công
nghệ thực phẩm - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã cùng tơi thực hiện q
trình nghiên cứu luận văn.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới bạn bè, đồng nghiệp và
gia đình đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian vừa qua.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nôi, ngày

tháng

năm 2018

Nguyễn Phương Anh


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Kết quả của luận văn này là kết quả nghiên cứu của nhóm
nghiên cứu chúng tơi được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.
Trần Liên Hà và TS. Đặng Minh Hiếu công tác tại trường Đại học Bách khoa Hà
Nội, cùng sự giúp đỡ của tập thể các cán bộ nghiên cứu, nghiên cứu sinh, học viên,
sinh viên đang học tập và làm việc tại phịng thí nghiệm Vi sinh – Hóa sinh và Sinh
học Phân tử, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học
Bách khoa Hà Nội.
Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng
tải trên các tác phẩm, tạp chí và trang web theo danh mục tài liệu kham khảo của
luận văn.
Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm với sự cam đoan trên.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Nguyễn Phương Anh

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG BIỂU
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .....................................................................................3
1. Tình hình sử dụng dong riềng tại Việt Nam ...........................................................3
2. Thực trạng môi trường tại các làng nghề sản xuất miến dong ...............................4
3. Khả năng tái sử dụng bã thải dong riềng ................................................................6
3.1. Thành phần bã thải ...........................................................................................6
3.2. Những nghiên cứu tái sử dụng bã thải dong riềng ...........................................7
4. Enzyme cellulase và vi sinh vật sinh tổng hợp cellulase ......................................10
4.1. Enzyme cellulase ............................................................................................10
4.2. Vi sinh vật sinh tổng hợp cellulase ................................................................13
5. Tình hình sử dụng phân bón hữu cơ ở Việt Nam ..................................................14
6. Vai trò của vi khuẩn phân giải cellulose trong phân bón hữu cơ .........................16
7. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng phân bón hữu cơ ......................................17
CHƢƠNG 2 - VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................19
1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................19
2. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất ................................................................................19
2.1. Thiết bị và dụng cụ .........................................................................................19
2.2. Hóa chất và môi trường ..................................................................................19
3. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................21
3.1. Phương pháp phân lập các chủng vi khuẩn ....................................................21

3.2. Phương pháp tuyển chọn chủng có hoạt tính cellulase ..................................21
3.3. Định danh vi khuẩn ........................................................................................23
3.3.1. Phương pháp định danh dựa trên đặc tính sinh lý, sinh hóa ...................23
3.3.2. Định danh bằng phương pháp sinh học phân tử......................................25
3.4. Phương pháp xác định khả năng sinh chất kích thích sinh trưởng IAA ........26


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng .......26
4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ .................................................................................27
4.2. Ảnh hưởng của pH .........................................................................................27
4.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ cấp giống ......................................................................27
4.4. Ảnh hưởng của tốc độ lắc .............................................................................27
4.5. Ảnh hưởng của hàm lượng pepton ................................................................27
5. Ứng dụng vi khuẩn trong ủ phân bón hữu cơ........................................................27
5.1. Quy trình thử nghiệm ủ phân bón ......................................................................27
5.2. Phương pháp phân tích một số chỉ tiêu trong phân bón .................................28
5.2.1. Xác định nhiệt độ ....................................................................................28
5.2.2. Phương pháp xác định độ ẩm ..................................................................28
5.2.3. Phương pháp xác định pH .......................................................................28
5.2.4. Phương pháp xác định nitơ tổng trong phân bón ....................................28
5.2.5. Phương pháp xác định hàm lượng cacbon hữu cơ trong phân bón .........29
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................31
1. Kết quả phân lập ....................................................................................................31
2. Tuyển chọn chủng vi khuẩn có hoạt tính cellulase ...............................................32
2.1. Tuyển chọn dựa trên phương pháp cấy chấm điểm .......................................32
2.2. Tuyển chọn dựa trên phương pháp đục lỗ thạch ............................................34

2.3. Tuyển chọn dựa trên phương pháp xác định hoạt tính enzyme cellulase ......34
3. Định tên chủng vi khuẩn tuyển chọn .....................................................................35
3.1. Đặc tính hình thái và sinh lý – sinh hóa của chủng NDK5 ............................35
3.2. Định danh sinh học phân tử............................................................................36
4. Xác định khả năng sinh chất kích thích sinh trưởng 3-indol acetic acid (IAA)....38
5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của chủng Bacillus
amyloliquefaciens subsp. plantarum NDK5 .............................................................39
5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ .................................................................................39
5.2. Ảnh hưởng của pH .........................................................................................41
5.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp giống .....................................................................42
5.4. Ảnh hưởng của tốc độ lắc .............................................................................43
5.5. Ảnh hưởng của nồng độ pepton ....................................................................44


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

6. Ứng dụng vi khuẩn trong ủ phân bón hữu cơ........................................................45
6.1. Độ sụt giảm thể tích ......................................................................................46
6.2. Nhiệt độ .........................................................................................................47
6.3. pH ..................................................................................................................48
6.4. Độ ẩm .............................................................................................................48
6.5. Hàm lượng Cacbon tổng số ............................................................................49
6.6. Hàm lượng Nitơ tổng số ................................................................................49
KẾT LUẬN ..............................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................53
PHỤ LỤC BẢNG ....................................................................................................58

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Chú thích

BOD

Biochemical Oxygen Demand

CMC

Cacboxyl methyl cellulose

C/N

Tỷ lệ Cacbon / Nitơ

COD

Chemical Oxygen Demand

DNA

Deoxyribonucleic Acid

DNS

3,5-dinitrosalicylic

IAA

Acid 3-indol acetic

PCR

Polymerase Chain Reaction

TCCP

Tiêu chuẩn cho phép

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Nguyên liệu đầu vào và bã thải rắn của làng nghề Dương Liễu.................5
Bảng 1.2. Thành phần của bã dong.............................................................................7
Bảng 1.3. Khả năng tái sử dụng bã thải rắn tại làng nghề Dương Liễu ....................9
Bảng 3.1: Các chủng đã phân lập được từ các nguồn bã dong riềng sau khi trồng
nấm khác nhau..........................................................................................................31
Bảng 3.2: Khả năng phân giải cellulose của các chủng chọn lọc thông qua phương
pháp cấy chấm điểm .................................................................................................33
Bảng 3.3: Khả năng phân giải cellulose của qua phương pháp đục lỗ thạch............34
Bảng 3.4: Hoạt lực enzyme của các chủng tuyển chọn.............................................35
Bảng 3.5: Đặc tính sinh lý - sinh hóa chủng NDK5.................................................36


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Hiện trạng mơi trường tại làng nghề sản xuất miến dong ...........................5
Hình 1.2. Mơ hình enzyme cellulase .........................................................................11
Hình 1.3. Ba loại phản ứng xúc tác bởi cellulose......................................................12
Hình 3.1: Các chủng được tuyển chọn theo phương pháp cấy chấm điểm ...............33
Hình 3.2: Các chủng được tuyển chọn theo phương pháp đục lỗ thạch ...................34
Hình 3.3: Hình thái khuẩn lạc và chuỗi bào tử của chủng vi khuẩn NDK5 .............35
Hình 3.4: Sản phẩm PCR chủng NDK5 (Với: -ve:mẫu nước; +ve: chủng E.coli) ...37
Hình 3.5: Tương quan cấu trúc 16S rRNA của chủng NDK5 với chủng khác .........38
Hình 3.6. Thử định tính khả năng sinh IAA của chủng NDK5 ................................39
Hình 3.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng
Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum NDK5 theo thời gian ........................40
Hình 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng
Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum NDK5 tại thời điểm 48 giờ...............40

Hình 3.9: Ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng của chủng Bacillus
amyloliquefaciens subsp. plantarum NDK5 .............................................................41
Hình 3.10: Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng Bacillus
amyloliquefaciens subsp. plantarum NDK5 tại thời điểm 48 giờ .............................42
Hình 3.11: Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp giống đến khả năng sinh trưởng của chủng
Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum NDK5 ...............................................42
Hình 3.12: Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp giống đến sinh trưởng và phát triển của chủng
Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum NDK5 tại thời điểm 48 giờ...............43
Hình 3.13: Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến khả năng sinh trưởng của chủng Bacillus
amyloliquefaciens subsp. plantarum NDK5 .............................................................44
Hình 3.14: Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến khả năng sinh trưởng của chủng Bacillus
amyloliquefaciens subsp. plantarum NDK5 tại thời điểm 24 giờ .............................44
Hình 3.15:Ảnh hưởng nồng độ pepton đến khả năng sinh trưởng của chủng Bacillus
amyloliquefaciens subsp. plantarum NDK5 tại thời điểm 24 giờ .............................45
Hình 3.16: Sự thay đổi thể tích trong q trình ủ .....................................................47
Hình 3.17: Sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ ....................................................47


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CƠNG NGHỆ SINH HỌC

Hình 3.18: Sự thay đổi pH trong quá trình ủ .............................................................48
Hình 3.19: Sự thay đổi độ ẩm trong quá trình ủ ........................................................49
Hình 3.20. Hàm lượng C tổng trước và sau khi ủ .....................................................49
Hình 3.21. Hàm lượng N tổng trước và sau khi ủ .....................................................50


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MỞ ĐẦU
Việt Nam là một nước nông nghiệp, hàng năm lượng phụ phẩm nông nghiệp
tạo ra từ ngành chế biến nông sản là vô cùng lớn và đa dạng, phong phú như: rơm,
rạ, cây ngơ, bã mía, bã dong riềng, bã sắn ... Miến dong là một loại sản phẩm trong
số đó, miến dong được sản xuất từ dong riềng và được ưa chuộng bởi giá trị dinh
dưỡng cũng như mùi vị của nó. Q trình chế biến tinh bột dong từ củ dong riềng
tạo ra một lượng chất thải lớn là bã dong. Lượng bã này tại một số làng nghề sản
xuất được tận thu và tái sử dụng rất ít cịn lại xả thẳng ra mơi trường mà khơng qua
xử lý gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, ô nhiễm đất cũng như bầu khơng
khí tại làng nghề. Tuy nhiên với thành phần chủ yếu là cellulose, bã dong có thể tận
dụng làm nguồn nguyên liệu để tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế đặc biệt là tái
sử dụng bã dong riềng để trồng nấm. Theo Nguyễn Như Ngọc và cs (2017) đã
nghiên cứu thu bã thải dong riềng làm nguồn cơ chất để nuôi nấm sò trắng
Pleurotus florida và đạt năng suất thu quả thể là 49,52% [10]. Song bên cạnh đó,
nghề trồng nấm cũng tạo ra một sản lượng bã thải nấm khổng lồ. Thông thường
người ta chỉ để bã thải nấm hoại mục tự nhiên kéo dài sau đó bón trực tiếp cho cây
trồng nhưng hiệu quả thấp. Ở một số cơ sở sản xuất lớn, lượng bã thải để tồn đọng
quá nhiều gây ảnh hưởng xấu đến môi trường, thẩm mỹ, cảnh quan nông thôn và
ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân. Bã thải trồng nấm có hàm lượng khống,
photphát và độ xốp cao có tác dụng điều hịa rất tốt cho đất và là nguồn phân bón
kích thích hạt giống nảy mầm. Nguồn nguyên liệu ban đầu để trồng nấm chủ yếu là
các hợp chất khó phân hủy, bã thải trồng nấm khi thải ra mơi trường vẫn cịn hệ sợi
ăn trắng xung quanh nên bịch nấm ban đầu vẫn còn giá trị dinh dưỡng đối với một
lượng lớn các lồi vi sinh vật và nấm bệnh. Do đó nếu khơng có biện pháp xử lý kịp
thời ổ nấm bệnh sẽ dễ lây lan nhanh trong quá trình trồng nấm và làm ơ nhiễm mơi
trường xung quanh do q trình phân hủy chậm của các hợp chất lignin,
hemicellulose và cellulose. Việc sử dụng vi sinh vật phân giải cellulose đã và đang
được các nhà khoa học trên thế giới và ở Việt Nam nghiên cứu rất nhiều . Ở Ấn Độ,

Behera và cs (2014) đã phân lập được vi khuẩn phân giải cellulose từ đất rừng Đước
và xác định đó là các loài Micrococcus spp., Baccilus spp., và Pseudomonas
spp.[26]; ở Trung Quốc, Yang Ling Liang và cs. (2011) đã phân lập được 22 dòng

1


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

vi khuẩn phân lập cellulose [43]. Ở Việt Nam Nguyễn Thị Ngọc Trúc và cs. (2015),
Võ Văn Phước Quệ và Cao Ngọc Điệp (2011), cũng đã nghiên cứu vi sinh vật phân
giải cellulose [11,21]. Hiện nay có rất nhiều biện pháp xử lý nguồn phế thải nông
nghiệp hiệu quả và không gây ô nhiễm môi trường, tái sử dụng nguồn phế thải
thành sản phẩm có giá trị kinh tế. Trong đó biện pháp sử dụng phân bón hữu cơ từ
phế thải nơng nghiệp như bã thải trồng nầm, rơm rạ, chất thải gia súc, gia cầm, thân
cây ngô, thân cây đậu kết hợp với bổ sung vi sinh vật dùng để bón vào đất làm tăng
độ phì nhiêu, tăng năng suất cây trồng, giảm ô nhiễm môi trường. Phân hữu cơ vi
sinh có ưu điểm làm tăng độ tơi xốp, giữ độ ẩm cho đất, hạn chế được rửa trơi, an
tồn và vệ sinh cho cây trồng, vật nuôi và con người, hạn chế các chất độc hại tồn
dư trong cây trồng. Chính vì vậy tơi lựa chọn đề tài “Phân lập, tuyển chọn, khảo
sát đặc điểm chủng vi khuẩn sinh tổng hợp cellulase từ bã dong riềng sau khi
trồng nấm và ứng dụng cho sản xuất phân bón”.
Mục tiêu của đề tài:
- Phân lập và tuyển chọn được chủng vi khuẩn có khả năng chịu nhiệt độ
cao, có hoạt tính cellulase cao.
- Xác định được ảnh hưởng một số yếu tố đến sự sinh trưởng của chủng vi
khuẩn phân lập được.
- Thử nghiệm ứng dụng vi khuẩn trong ủ phân bón hữu cơ.

Đồi tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
- Mẫu bã thải trồng nấm của các cơ sở trồng nấm trên địa bàn thành phố Hà Nội.
- Vi khuẩn có khả năng xử lý cellulose trong bã thải trồng nấm, sinh trưởng
trong điều kiện nhiệt độ cao.
- Thử nghiệm ủ phân bón quy mơ phịng thí nghiệm.
Nội dung nghiên cứu:
- Khảo sát một số thành phần bã thải dong riềng sau khi trồng nấm.
- Phân lập, tuyển chọn chủng vi khuẩn có hoạt tính phân hủy cellulose cao,
có khả năng sinh trưởng trong môi trường nhiệt độ cao. Định danh chủng vi khuẩn
sinh tổng hợp cellulase.
- Khảo các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của chủng.
- Đánh giá các chỉ tiêu trong phân bón sau khi ủ thành phân bón hữu cơ.

2


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1. Tình hình sản xuất và chế biến dong riềng tại Việt Nam
Nhiều năm nay cây dong riềng đc coi là cây thế mạnh của ngành nông
nghiệp nước ta. Các sản phẩm từ củ dong như tinh bột dong và miến dong rất được
ưa chuộng trên thị trường bởi giá trị dinh dưỡng cũng như mùi vị của nó. Dong
riềng có tên khoa học là Canna edulis Ker Gawl, thuộc họ Chuối hoa - Cannaceae.
Cây cao 1,2-1,5m; có thể tới 2m. Thân rễ phình to thành củ, chứa nhiều tinh bột. Lá
có phiến thn dài, thường có màu tía, bẹ tía, gân giữa to, gân phụ song song. Hoa
xếp thành cụm ở ngọn thân; đài 3, cánh hoa 3; nhị lép màu đỏ son, rộng 1cm; nhị
vàng, môi vàng. Ở nước ta, cây dong riềng được trồng ở hầu hết các tỉnh thuộc đồng

bằng, trung du và miền núi phía Bắc. Các tỉnh có diện tích và sản lượng dong riềng
lớn phải kể đến là: Bắc Kạn, Sơn la, Cao Bằng, Hịa Bình, Quảng Ninh, Tun
Quang, n Bái,…
Năm 2010 tồn tỉnh Bắc Cạn chỉ có hơn 270ha dong riềng tập chung chủ yếu
ở Na Rì và Ba Bể. Sang năm 2012, diện tích trồng dong đã lên đến hơn 1.800ha và
phủ khắp các huyện, thị xã (nay là TP. Bắc Cạn) mang lại nhiều hiệu quả cao. Như
năm 2015, được mùa năng suất trung bình đạt 60-70 tấn/ha, sản lượng củ dong ước
đạt 63.000 tấn củ, tương ứng 9.000 tấn tinh bột để sản xuất ra được khoảng 5.000
tấn miến/năm.
Hiện nay trên địa bàn tỉnh Bắc Cạn có 112 cơ sở, hộ gia đình hoạt động chế
biến dong riềng (bao gồm cả các cơ sở, hộ gia đình đầu tư mới, nâng cơng suất
trong năm 2013). Trong đó, 24 cơ sở, hộ gia đình vừa chế biến tinh bột, vừa sản
xuất miến; 14 cơ sở, hộ gia đình chuyên sản xuất miến; 74 cơ sở, hộ gia đình
chuyên chế biến tinh bột. Đối với 98 cơ sở, hộ gia đình (vừa sản xuất bột, miến và
chuyên sản xuất bột cộng lại) có tổng cơng suất chế biến tinh bột dong riềng trên địa
bàn tỉnh khoảng 1.170 tấn củ/ngày tương đương sản lượng củ dong riềng được chế
biến khoảng 117.000 tấn (tính trong thời gian 100 ngày), đáp ứng 65,5% sản lượng
củ dong riềng của năm 2013. Với tỷ lệ thu hồi tinh bột là 18% thì sẽ thu được
khoảng 21.000 tấn tinh bột thương phẩm, còn lại sản lượng củ dong riềng xuất bán
ra ngoài tỉnh khoảng 61.760 tấn [45].

3


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tại làng nghề Minh Hồng, Minh Quang, Ba Vì, Hà Nội với lợi thế diện tích
đất đồi rộng lớn, gần chân núi Ba Vì nên cây dong riềng ở Minh Hồng rất phát triển,

tổng diện tích dong riềng ở đây là 250ha, sản lượng bột thu được hàng năm khoảng
20.000 tấn [44], một phần bột này sử dụng làm nguyên liệu sản xuất miến dong tại
làng nghề. Bên cạnh các làng nghề sản xuất miến dong đi từ nguyên liệu là củ dong,
một số làng nghề sản xuất miến dong như Cát Quế, Minh Khai (Hoài Đức, Hà Nội),
Cự Đà (Thanh Oai, Hà Nội) chủ yếu mua tinh bột dong từ các làng nghề khác và
tiến hành chế biến.
Huyện Bình Liêu (Quảng Ninh) có diện tích trồng cây dong riềng năm 2017
trên toàn huyện đạt 257,9ha bằng 237,5% so với cùng kỳ năm 2016; sản lượng củ
dong đạt trên 8.309 tấn, tăng trên 3.363 tấn so với năm 2016. Tại các xã vùng núi
cao của huyện Tiên Yên trung bình 1ha cây dong riềng cho sản lượng 60-90 tấn củ,
doanh thu 155 triệu đồng, lãi 60-70 triệu đồng, gấp 3 lần so với trồng lúa.
Tuy nhiên đặc thù của nghề chế biến củ dong là lượng bã thải lớn, chiếm 6570%. Để sản xuất ra 1 kg miến dong, lượng bã dong thải ra tương ứng là 9-10 kg
tươi, mỗi năm ở một làng nghề có thể thải ra hàng vạn tấn bã dong tươi. Nguyễn
Phương Hạnh và Chu Thị Thu Hà (2012) khảo sát tại làng nghề Dương Liễu (Hà
Nội) 95% bã dong sau khi thu tinh bột đã thải ra ngồi mơi trường gây ơ nhiễm rất
nặng nề [34].
2. Thực trạng môi trƣờng tại các làng nghề sản xuất miến dong
Đặc thù của làng nghề chế biến nông sản là lượng bã thải và nước thải lớn
nhưng hầu hết các làng nghề chế biến tinh bột dong riềng ở khắp nước ta đều chưa
được xây dựng các mơ hình và hệ thống xử lý nước thải, bã thải hoặc có nhưng
chưa triệt để. Hầu như toàn bộ khối lượng nước thải và bã thải đều được nông dân
xả thẳng ra mơi trường xung quanh, do đó mơi trường ở các làng nghề này và các
vùng lân cận đều bị ô nhiễm nghiêm trọng.

4


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

Hình 1.1. Hiện trạng môi trƣờng tại làng nghề sản xuất miến dong
Hình 1.1 là hai ví dụ cụ thể về ơ nhiễm nước thải và bã thải tại các làng nghề
sản xuất tinh bột dong và miến dong xung quanh Hà Nội. Do không đầu tư nhiều
cho vấn đề môi trường, nước thải được xả trực tiếp ra các kênh mương mà không
qua xử lý nên gây ô nhiễm nghiêm trọng và ảnh hưởng đến sức khỏe của dân cư
làng nghề và các vùng lân cận.
Quá trình sản xuất tinh bột dong và tinh bột sắn thải ra một lượng lớn chất
thải rắn là vỏ, bã, đất cát,... Hiện nay bã thải này được người dân tận dụng làm thức
ăn chăn ni, phơi khơ làm nhiên liệu rất ít. Cịn lại đổ ra đường, đổ xuống cống
rãnh gây tắc nghẽn, khi bị phân hủy gây mùi hơi thối khó chịu. Nguồn thải này gây
ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí ở làng nghề.
Tại làng nghề Dương Liễu, mùa sản xuất chính kéo dài từ tháng 10 năm
trước đến tháng 4 năm sau, trung bình mỗi ngày làng nghề thải ra hơn 500 tấn bã
thải và 15000 m3 nước thải. Trong số này, gần 300 tấn bã thải từ quá trình chế biến
tinh bột sắn thơ được tận dụng làm thức ăn gia súc. Còn lại hơn 200 tấn bã thải từ
q trình chế biến tinh bột dong riềng khơng được thu gom, xử lý mà xả thẳng vào
hệ thống thoát nước. Nguyên liệu để sản xuất tinh bột là củ sắn và củ dong. Lượng
nguyên liệu đưa vào sản xuất tăng 5 – 10% theo từng năm.
Bảng 1.1. Nguyên liệu đầu vào và bã thải rắn của làng nghề Dƣơng Liễu [34]
Vật liệu
Củ sắn
Củ dong
Tổng

Nguyên liệu đầu vào (tấn)
2000

2001

2008

2010

Bã thải rắn (tấn)
2000

2001

2008

2010

116.000 125.000 150.000 171.000 47.000 48.000 51.000 57.000
31.000

52.000

66.000

82.000

10.000 16.000 22.000 25.600

147.000 177.000 216.000 253.000 57.000 64.000 73.000 82.600

5


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tại làng nghề chế biến tinh bột và miến dong Cộng Hòa, huyện Quốc Oai ô
nhiễm nặng nề từ mùi chua từ giàn miến, kênh mương, đống rác, cống rãnh… bốc
ra. Một thực tế đáng báo động là trong quá trình sản xuất tinh bột dong, tỉ lệ thành
phẩm sau khi chế biến chỉ được 25-30%, còn lại hơn 70% trọng lượng tồn tại dưới
dạng chất thải rắn và lỏng như vỏ và bã dong. Do khơng có nơi tập kết nên các chủ
hộ đành đổ xuống ao, kênh mương nên hầu hết các nguồn nước ở các làng nghề đều
có các thông số ô nhiễm vượt mức cho phép nhiều lần.
Ở Minh Hồng- Ba Vì-Hà Nội, nơi đây có nghề mài bột và chế biến miến
dong truyền thống. Hầu hết các cơng đoạn trong quy trình sản xuất tinh bột dong và
miến dong đều thải ra môi trường nước thải và bã thải. Cứ 1 tấn củ dong nguyên
liệu sau khi chế biến thu đươc 200kg tinh bột ướt. Như vậy 80% phần bã được loại
bỏ, chỉ thu được 20% tinh bột. Chỉ số COD dao động từ 2550 – 6800 mg/l. Chỉ số ô
nhiễm này cao gấp hàng chục lần so với tiêu chuẩn cho phép. Toàn bộ lượng nước
thải và bã thải từ tất cả các hộ gia đình mài bột trong thơn đều được xả trực tiếp ra
ngồi mơi trường, mà khơng có bất cứ một biện pháp xử lý nào, gây ô nhiễm môi
trường trong thôn và các vùng lân cận. Vào những tháng cao điểm trung bình mỗi
hộ chế biến khoảng 4 tấn nguyên liệu/ngày thì cả làng sẽ thải ra khoảng trên 400 tấn
bã và hàng nghìn m3 nước thải ra mơi trường qua các mương, cống chung của làng
rồi đổ ra suối và sông. Do xả nguồn nước bẩn này ra sông Đà nên con sông này
cũng chịu ô nhiễm nặng.
3. Khả năng tái sử dụng bã thải dong riềng
3.1. Thành phần bã thải
Quy trình sản xuất tinh bột dong riềng đã thải ra một lượng bã thải với khối
lượng lớn gấp 7 - 8 lần so với củ tươi. Từ một tấn củ dong sau khi qua quá trình mài
dong chỉ thu được 190 – 200 kg tinh bột, phần lớn bã thải được loại bỏ. Theo Hoàng
Toàn Thắng và cộng sự từ 5486,29 tấn củ ước tính lượng bã thải ra là 4115 tấn [18],
có nghĩa là khoảng 80% bã bị loại ra. Từ đó ta có thể thấy hằng năm lượng bã thải

ra là rất lớn. Tuy nhiên theo Đỗ Thị Quý, trung bình 1 tấn củ dong sau khi chế biến
thu được 250 -300 kg tinh bột ướt, nghĩa là có khoảng 70-75% bã bị loại [12]. Với
đặc điểm bã thải chứa độ ẩm lên tới 80 -90%, trong 90% lignicellulose đó thì
cellulose chiếm từ 35 – 50%. Với thành phần chủ yếu là cellulose, bã dong có thể

6


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

tận dụng làm nguồn nguyên liệu để tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế đồng thời
giúp giảm thiểu ơ nhiễm môi trường [18].
Bảng 1.2. Thành phần của bã dong [34]
Thành phần

%

Lignicellulose

90

Tinh bột

5

N

0,5

P

0,11

K

0,16

3.2. Những nghiên cứu tái sử dụng bã thải dong riềng
Tuy lượng bã rắn từ sản xuất tinh bột dong riềng thải ra hàng năm rất lớn,
xong mới chỉ một phần rất nhỏ, không đáng kể được tận dụng làm thức ăn gia súc,
trồng nấm hoặc làm phân bón phân bón. Đa số lượng bã này được thải bỏ ra môi
trường xung quanh: cống, mương, ao, sông hoặc đổ xuống ven đường làng, thậm
chí đổ đống ngay trong vườn của các hộ làm nghề gây ô nhiễm và mất mỹ quan.
Ở một số nơi như Hà Nội, Hưng n cũng đã triển khai một số mơ hình tái
sử dụng bã dong riềng làm thức ăn gia súc, làm phân bón hoặc làm than hữu cơ,…
nhưng mới chỉ giải quyết được một phần rất nhỏ trong tổng số bã thải dong riềng.
Hiện nay, các nhà khoa học trong nước đang nỗ lực nghiên cứu tìm ra
phương pháp hiệu quả để chế biến bã thải dong riềng thành các sản phẩm có giá trị
khác.
Ở nước ta đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về tình trạng ơ nhiễm ở các làng
nghề và đưa ra những chiến lược để quản lý và giảm thiểu ơ nhiễm. Tuy nhiên, chưa
có một cơng bố nào về việc sản xuất ra các chế phẩm sinh học để xử lý triệt để sự ô
nhiễm đã và đang xảy ra ở các làng nghề, đặc biệt là việc sản xuất các sản phẩm
sinh học để xử lý và tận thu nguồn chất thải rắn ở các làng nghề sản xuất tinh bột
dong còn rất hạn chế.
Giải pháp tận thu chất thải từ bã dong:
 Tận thu bã thải làm chất đốt
Do lượng bã thải lớn, hàm lượng cellulose cao nên có thể áp dụng giải pháp

đơn giản, không cần kỹ thuật cao mọi người dân đều có thể làm được, đó là mang

7


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

phơi khơ sau đó dùng làm chất đốt. Tuy nhiên do đặc điểm của bã thải sau quá trình
tách bột là chứa hàm lượng nước cao (90%) nên việc phơi khô mất khá nhiều thời
gian và công sức. Mặt khác nếu gặp phải trời mưa thì khó thực hiện và có nguy cơ
gây ô nhiễm nhanh hơn. Với giải pháp này đơn giản, tuy nhiên hiệu quả thu hồi thấp
và giá trị gia tăng thu lại từ nguồn bã thải là không đáng kể.
 Tận thu bã thải để trồng nấm
Bã thải dong riềng chứa hàm lượng nước lớn và giàu hợp chất hữu cơ như
hemicellulose, cellulose tinh bột, khoáng, protein,.. khi bị vi sinh vật phân hủy bốc
mùi hôi thối làm ô nhiễm môi trường không khí, nước mặt, nước ngầm.Tuy nhiên
có thể tận dụng bã dong để ni trồng nấm ăn và nấm dược liệu thì giảm thiểu ơ
nhiễm mơi trường do nấm phát triển làm cho bã dong không bị phân hủy hôi thối
đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể cho người dân làm nghề từ nấm. Ngoài
ra, bã dong sau khi trồng nấm hoàn toàn có thể sử dụng để trồng cây nên có thể giải
quyết được triệt để, không gây ô nhiễm môi trường, thu hiệu quả kép [34]. Theo
Nguyễn Như Ngọc và Cs (2017) đã nghiên cứu tái sử dụng bã dong riềng để ni
trồng nấm sị trắng (Pleurotus florida). Cụ thể sau khi xử lý với nước vôi nồng độ
1%, bổ sung 5% cám gạo và 1% CaCO3, hệ nấm sợi phát triển sau 25 ngày kín bịch
nguyên liệu và năng suất thu quả thể đạt 49,52% [10].
Nấm được trồng ở hơn 100 quốc gia và việc sản xuất nấm hàng năm trên thế
giới đạt 5 triệu tấn và dự kiến đến năm 2016 đạt 7 triệu tấn. Tại Việt Nam nấm được
xem là ngành hàng mang lại hiệu quả kinh tế cao thu hút sự tham gia của nhiều bà

con nông dân. Các loại nấm chính trồng ở Việt Nam là nấm sò, nấm rơm, nấm
hương, nấm tai mèo và nấm linh chi.
 Tận thu bã thải làm phân bón
Đây là phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong việc tận dụng phế thải
nông nghiệp làm nguồn nguyên liệu cho sản xuất phân bón phục vụ lại cho ngành
sản xuất nơng nghiệp.
Bã dong được bổ sung thêm dinh dưỡng để tạo điều kiện cho vi sinh vật phát
triển, đồng thời bổ sung chế phẩm vi sinh có chứa các vi sinh vật phân giải cellulose
để đẩy nhanh q trình mùn hóa tạo thành phân. Sau khi nguyên liệu mùn hóa hết

8


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

tạo thành phân thì có thể phối trộn thêm NPK và các chủng vi sinh vật đặc hiệu để
tạo thành phân hữu cơ vi sinh với chất lượng cao.
Với dự án “Xây dựng mơ hình xử lý chất thải từ q trình chế biến tinh bột
dong riềng làm thức ăn gia súc và phân bón hữu cơ tại tỉnh Bắc Kạn” của Viện Môi
trường Nông Nghiệp đã xây dựng thành công mô hình sản xuất bã dong làm phân
bón hữu cơ sinh học. Dự án đã hồn thành quy trình sản xuất phân bón hữu cơ từ bã
thải dong riềng tại xã Cơn Minh với chất lượng phân bón đạt tiêu chuẩn cho phép.
Qua kết quả sản xuất thực tế cho thấy: Cây lúa được bón phân hữu cơ sinh học sản
xuất từ bã dong riềng có thân cao hơn, số hạt chắc trên bơng cao hơn so với lúa
khơng bón phân hữu cơ. Khi bón phân hữu cơ từ bã thải dong kết hợp với bón phân
khống đã cho năng suất lúa xuân tăng từ 7,6 - 10,9% và năng suất lúa mùa tăng từ
15,6 - 21,8% so với canh tác truyền thống của nhân dân.
Năm 2016, chi cục PTNT Lào Cai phối hợp với UBND xã Bản Xèo – HTX

Thành Sơn – Bát Xát tổ chức tập huấn kỹ thuật ủ phân hữu cơ vi sinh từ bã dong
riềng bằng chế phẩm Emic cho bà con nông dân, dùng để bón vào đất làm tăng độ
phì nhiêu, giảm ơ nhiễm môi trường. Ở Điện Biên, người dân đã sử dụng bã dong
riềng làm phân hữu cơ bón cho cây cà phê.
 Tận thu làm thức ăn chăn nuôi
Bảng 1.3. Khả năng tái sử dụng bã thải rắn tại làng nghề Dƣơng Liễu [34]
Bã thải rắn sử dụng (%)
Bã thải rắn

Thức ăn chăn ni Nhiên liệu

Bã thải rắn khơng sử
Phân bón

dụng (%)

Bã sắn

30

0

60

10

Bã dong

0

5

0

95

Tại làng nghề Dương Liễu bã thải từ sắn hầu như được sử dụng lại, trong khi
bã thải từ dong riềng không được tái sử dụng. Để quản lý và xử lý lượng bã thải này
sao cho tạo ra lợi ích kinh tế và giảm tác động của nó với mơi trường xung quanh là
một thách thức lớn đối với địa phương. Vì vậy, sử dụng bã dong riềng làm thức ăn
chăn nuôi mang lại hiệu quả xử lý và hiệu quả kinh tế cao, giảm ô nhiễm mơi
trường. Sau khi nghiền, lọc và tách tinh bột có thể thu được trên 800 kg bã/1 tấn

9


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

nguyên liệu củ. Bã dong có hàm lượng cellulose cao hợp với đặc điểm của thức ăn
cho gia súc như: trâu, bò. Tận dụng các thành phần dinh dưỡng trong bã dong làm
thức ăn chăn nuôi đem lại hiệu quả kinh tế cao, giảm ơ nhiễm mơi trường, tránh
lãng phí nguồn ngun liệu dồi dào này.
Đã có một số nghiên cứu và đưa vào thử nghiệm thành công sử dụng bã dong
làm thức ăn chăn nuôi. Đề tài nghiên cứu cấp bộ: “Nghiên cứu sử dụng bã dong
riềng làm thức ăn chăn ni trâu, bị tại các làng nghề vùng núi Đơng Bắc Việt
Nam”, đã đưa ra được công thức ủ bã dong để bảo quản dự trữ bã dong làm thức ăn
chăn ni trâu, bị và đưa ra khuyến cáo thử nghiệm ở địa bàn thí nghiệm chuồng
trại và áp dụng trong chăn ni trâu bị [18].

4. Enzyme cellulase và vi sinh vật sinh tổng hợp cellulase
4.1. Enzyme cellulase
Cellulase là một phức hệ enzyme có tác dụng thủy phân cellulose thơng qua
việc thủy phân liên kết β – 1,4- glucoside trong cellulose. Enzyme cellulase đã được
nghiên cứu từ rất lâu trên thế giới. Đây là enzyme được ứng dụng rất rộng rãi, chỉ
đứng sau protease và amylase.
Cellulase có bản chất là protein được cấu tạo từ các đơn vị là axit amin, các
axitamin được nối với nhau bởi liên kết peptid –CO-NH-. Ngồi ra, trong cấu trúc
cịn có những phần phụ khác, cấu trúc hồn chỉnh của các loại enzyme nhóm EG và
cellobiohydrolase giống nhau trong hệ cellulase của nấm sợi, gồm một trung tâm
xúc tác và một đuôi tận cùng, phần đuôi này xuất phát từ trung tâm xác tác và được
gắn thêm vùng glycosil hóa, cuối đi là vùng gắn kết với cellulose (CBD: cellulose
binding domain). Vùng này có vai trò tạo liên kết với cellulose tinh thể. Trong q
trình phân giải cellulose có sự tương quan mạnh giữa khả năng xúc tác phân giải
cellulose của các enzyme và ái lực của enzyme này đối với cellulose.
Cellulase thủy phân cellulose tự nhiên và các dẫn xuất như carboxymethyl
cellulose (CMC) hoặc hydroxyethyl cellulose (HEC). Độ bền nhiệt và tính đặc hiệu
cơ chất có thể khác nhau. Cellulase hoạt động ở pH từ 3-7, nhưng tối thích trong
khoảng 4-5. Nhiệt độ tối ưu từ 40-50 độ C.
Dựa vào đặc điểm của cơ chất và cơ chế phân cắt, enzyme cellulase được
chia thành ba loại:

10


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

- 1,4- β-D-glucan cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91)

- 1,4- β-D-glucan 4-glucanohydrolase (EC 3.2.1.4)
-

β-D-glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21)

Enzyme thủy phân cellulose ở các sinh vật khác thì khác nhau, có thể có các
loại enzyme khác nhau, bao gồm một hoặc nhiều enzyme cellobiohydrolase,
enzyme Endo-β-1,4-cellulase và có thể có β-glucosidase. Hệ thống hồn chỉnh bao
gồm cellobiohydrolase celulase, Endo-β-1,4-cellulase và β-glucosidase phối hợp để
chuyển đổi cellulose thành glucose. Các enzyme exo-cellobiohydrolases và
endocellulases cùng hoạt động để thủy phân cellulose thành các đoạn ngắn
oligosaccharides. Các oligosaccharides (chủ yếu là cellobiose) sau đó được thủy
phân để tạo ra glucose bằng β-glucosidase [27].

Hình 1.2. Mơ hình enzyme cellulase
Thủy phân cellulose phải có sự tham gia của cả ba loại enzyme cellulase
như endoglucanase, exoglucanase và β-glucosidase. Thiếu một trong ba loại
enzyme trên thì khơng thể thủy phân phân tử cellulose đến cùng.
Từ những nghiên cứu riêng rẽ đối với từng loại enzyme đến nghiên cứu tác
động tổng hợp của cả ba loại enzyme cellulase, nhiều nhà khoa học đều đưa ra kết
luận chung là các loại enzyme cellulase sẽ thay phiên nhau phân hủy cellulose để
tạo thành sản phẩm cuối cùng là glucose. Có nhiều cách giải thích khác nhau về cơ
chế tác động của cellulase, cụ thể cơ chế tác động hiệp đồng của 3 loại cellulase như
sau: đầu tiên Endo-β-1,4-cellulase tác động vào vùng vơ định hình trên bề mặt
cellulose, cắt liên kết β-1,4-glucosid và tạo ra các đầu mạch tự do. Tiếp đó
cellobiohydrolase tấn cơng cắt ra từng đoạn cellobiose từ đầu mạch được tạo thành.
Kết quả tác động của Endo-β-1,4-cellulase và cellobiohydrolase tạo ra các

11

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

celloligosaccharit mạch ngắn, cellobiose, glucose. β-glucosidase thủy phân tiếp và
tạo thành glucose.

1

2

3
Hình 1.3. Ba loại phản ứng xúc tác bởi cellulose
Các loài vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp cellulase trong điều kiện tự
nhiên thường bị ảnh hưởng bởi tác động nhiều mặt của các yếu tố ngoại cảnh nên có
lồi phát triển rất mạnh, có lồi lại phát triển yếu. Chính vì thế, việc phân hủy
cellulose trong tự nhiên được tiến hành không đồng bộ, xảy ra rất chậm.
Trong điều kiện phịng thí nghiệm hay điều kiện cơng nghiệp, việc phân
hủy cellulose bằng enzyme, ngoài các yếu tố kỹ thuật như nhiệt độ, pH, nồng độ cơ
chất, lượng enzyme,… một yếu tố hết sức quan trọng là tính đồng bộ của hệ enzyme
cellulase từ nhiều nguồn vi sinh vật khác nhau. Q trình thủy phân cellulose chỉ có
thể được tiến hành đến sản phẩm cuối cùng khi sử dụng đồng bộ ba loại enzyme
cellulase.
Cellulase có thể được tổng hợp từ rất nhiều nguồn khác nhau trong tự
nhiên, trong đó chủ yếu có nguồn gốc từ vi sinh vật như vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm
mốc và một số loại nấm men. Do ưu điểm về thời gian sinh trưởng, kích thước, hiệu
suất sản sinh enzyme nên vi sinh vật thường được sử dụng để sản xuất các chế

12

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

phẩm enzyme. Enzyme cellulase đã được nghiên cứu từ rất lâu trên thế giới. Đây là
enzyme được ứng dụng rất rộng rãi, chỉ đứng sau protease và amylase.
4.2. Vi sinh vật sinh tổng hợp cellulase
Trong điều kiện tự nhiên, cellulose bị phân hủy bởi vi sinh vật cả trong điều
kiện hiếu khí và yếm khí. Các lồi vi sinh vật thay nhau phân hủy cellulose đến sản
phẩm cuối cùng là glucose. Số lượng các loài vi sinh vật tham gia sinh tổng hợp
enzyme có trong tự nhiên rất phong phú. Chúng thuộc nấm sợi, xạ khuẩn, vi khuẩn
và trong một số trường hợp các nhà khoa học còn thấy cả nấm men cũng tham gia
quá trình phân hủy này. Trong số các vi sinh vật sinh tổng hợp cellulase đáng chú ý
nhất là vi khuẩn, Cellulomonas cytophaga (xạ khuẩn). Hầu hết các loại nấm có thể
sử dụng nhiều carbohydrate khác ngồi cellulose [40], trong khi ở các loài sống
trong điều kiện kỵ khí thì có sự lựa chọn về nguồn carbohydrate, cellulose. Khả
năng tiết protein ngoại bào lớn là đặc trưng của một số loại nấm, đặc điểm này được
khai thác để sản xuất các cellulase ngoại bào ở quy mô lớn. Nấm Trichoderma
reesei đã được sử dụng phổ biến để sản xuất cellulase ngoại bào. Hầu hết các
nghiên cứu về sinh vật phân giải cellulose tập trung vào các loài nấm (Trichoderma,
Humicola, Penicilium, Aspergillus, Actinomucor), vi khuẩn Pseudomonas,
Cellulomonas, Actinomycetes và Streptomyces).
Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng enzyme cellulase – một hệ enzyme phức tạp
được sinh ra bởi nhiều vi sinh vật, phổ biến là nấm và vi khuẩn [36]. Mặc dù những
lồi nấm sợi thì tỏ ra phân hủy rất tốt các cellulose tự nhiên, thế nhưng vi khuẩn lại
có tốc độ sinh trưởng cao hơn so với nấm nên có tiềm năng lớn để được dùng trong
việc sản xuất cellulase. Tuy nhiên, việc nghiên cứu khả năng sinh enzyme cellulase
của các dịng vi khuẩn nhìn chung vẫn cịn khiêm tốn so với nghiên cứu trên nấm.

Dù vậy, đặc điểm phân giải cellulose của vài giống vi khuẩn như Cellulomonas,
Cellovibrio, Pseudomonas, Sporosphytophaga, Bacillus và Micrococcus đã được
nghiên cứu và báo cáo trên thế giới [36]. Đặc biệt, với các chủng Bacillus được chú
ý hơn cả về khả năng sinh tổng hợp nhiều loại enzyme như cellulase, amylase,
protease.... có ứng dụng rất nhiều trong đời sống của con người.
Howard và cộng sự đã chỉ ra rằng có nhiều chủng vi sinh vật thuộc chi
Baccillus đã được phân lập và định tên đến loài, bao gồm B. subtilis, B. macerans,
13


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

B. licheniformis, B. sphaericus [35]. Hiện nay các chủng vi khuẩn được quan tâm
nghiên cứu và ứng dụng do vi khuẩn có nhiều ưu việt so với các nhóm nấm vì vi
khuẩn có tốc độ sinh trưởng nhanh và tạo được nhiều sinh khối hơn so với nấm mốc
hay nấm sợi do đó giá thành khi sản xuất chế phẩm sẽ rẻ hơn [24,37].
Đào Thị Lượng và công sự đã phân lập được vi khuẩn lactic có khả năng sinh
enzyme cellulase và định tên loài là Lactobacillus plantarum, Enterococus lactis
[9]. Vi sinh vật sinh tổng hợp cellulase phân giải cellulose thành các phần tử nhỏ
hơn giúp động vật hấp thu tốt hơn.
5. Tình hình sử dụng phân bón hữu cơ ở Việt Nam
Với đặc điểm là một nước nông nghiệp, hàng năm lượng phế thải trong q
trình sản xuất nơng nghiệp rất lớn. Bên cạnh đó, phế phẩm trong chế biến các loại
cây công nghiệp, ngành nấm… cũng rất đa dạng. Với tiềm năng dồi dào như vậy, có
thể tận dụng tái chế làm phân bón hữu cơ sinh học để chăm sóc cây trồng hướng tới
nền nơng nghiệp sạch và thân thiện với môi trường. Theo số liệu thống kê của Cục
Bảo vệ thực vật (Bộ NN&PTNT), đến tháng 12/2017, số lượng sản phẩm phân bón
hữu cơ được sản xuất, kinh doanh và sử dụng là 713 sản phẩm.

Phân hữu cơ là loại phân bón thành phần chủ yếu là bã thải thực vật, động
vật mà thông qua hoạt động trực tiếp hay gián tiếp của vi sinh vật cung cấp chất
dinh dưỡng cho cây trồng, nhằm góp phần nâng cao chất lượng và năng suất của sản
phẩm. Ngoài ra phân bón hữu cơ cịn giúp tăng thêm độ màu mỡ, tơi xốp cho đất
bằng cách cung cấp các chất hữu cơ, chất mùn. Tùy theo từng nguồn nguyên liệu
mà sản phẩm sau khi ủ có hàm lượng chất dinh dưỡng khác nhau. Phân hữu cơ cung
cấp nhiều chất vi lượng và chất kích thích sinh trưởng như auxit, axit indoaxetic,
các enzyme, vitamin, chất kháng sinh…giúp cây trồng có thể chống chịu sâu bệnh
và điều kiện bất lợi.
Phân hữu cơ sinh học là phân hữu cơ được bổ sung thêm các chủng vi sinh
vật sống đã được chọn lọc. Thông qua các hoạt động của chúng tạo nên các chất
sinh dưỡng mà cây trồng có thể sử dụng được (N, P, K,…) hay các hợp chất sinh
học khác góp phần nâng cao năng suất hoặc chất lượng nông phẩm. Phân hữu cơ
tuy có tác dụng đến cây trồng chậm hơn, nhưng một số ưu điểm lớn như làm tăng

14