KHẢO sát KHẢ NĂNG kết hợp nấm PHÂN hủy TANNIN và CELLULOSE với CHẾ PHẨM ENZYME ENCHOICE để TĂNG CƯỜNG SINH học TRONG QUÁ TRÌNH ủ COMPOST từ mụn dừa

- Khảo sát khả năng kết hợp nấm phân hủy tannin và cellulose với chế phẩm enzyme Enchoice.. Đó cũng chính là hướng nghiên cứu của đề tài này, khảo sát khả năng kết hợp nấm phân hủy tanni

ĐỂ TĂNG CƯỜNG SINH HỌC TRONG QUÁ TRÌNH Ủ COMPOST TỪ MỤN DỪA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Nguyễn Hoài Hương

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM ngày tháng năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

6

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Khoa Quản lý chuyên ngành

TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH - ĐTSĐH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP HCM, ngày20 tháng 12 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Thị Hoàng Oanh Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 13 – 12 – 1984 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường MSHV: 0981081022

I- TÊN ĐỀ TÀI:

Khảo sát khả năng kết hợp nấm phân hủy tannin và cellulose với chế phẩm enzyme Enchoice để tăng cường sinh học trong quá trình ủ compost từ mụn dừa

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Khảo sát khả năng phân hủy cellulose trong mụn dừa của nấm SD4, C1

- Khảo sát khả năng phân hủy tannin trong mụn dừa của nấm TN1, TN2

- Khảo sát khả năng kết hợp nấm phân hủy tannin và cellulose với chế phẩm enzyme Enchoice

- Khảo sát điều kiện độ ẩm tối tưu khi ủ thực nghiệm

- Ủ mô hình phân compost từ mụn dừa

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/12/2010

- (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong QĐ giao đề tài)

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/03/2012

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.NGUYỄN HOÀI HƯƠNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Trường Đại hoọc Kỹ Thuật Công nghệ Tp.HCM

Để hoàn thành được luận văn này tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp

đỡ của nhiều cá nhân và tập thể

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Hoài Hương đã tận tình hướng dẫn tôi thực hiện nghiên cứu của mình

Xin cùng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo, người đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích trong những năm học vừa qua

Cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới các thầy cô Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học, Phòng thì nghiệm khoa Môi trường và Sinh học, Phòng thì nghiệm khoa Công nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và làm việc

Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, một số sinh viên khoa Công nghệ Sinh học khóa 07 và 08, những người đã luôn bên tôi, động viên, hỗ trợ và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu của mình

Xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, ngày 15 tháng 03 năm 2012

Nguyễn Thị Hoàng Oanh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong công trình nào

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ trong Luận văn này đều được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Thị Hoàng Oanh

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Việt Nam sản xuất 680 triệu trái dừa/năm cho sản phẩm phụ là 40,8 ngàn tấn chỉ

xơ dừa và chất thải là 95,2 ngàn tấn mụn dừa, gây ô nhiễm môi trường trầm trọng do mụn dừa chứa hàm lượng lignin (tối đa 55%), cellulose (tối đa 40%) và tannin cao (tối

đa 12%) Tận dụng mụn dừa làm giá thể trồng trọt như đất sạch, phân bón đòi hỏi phải tiền xử lý mụn dừa bằng rửa nước và/hoặc dung dịch kiềm cũng gây ô nhiễm môi trường đất và nước do tannin bị rửa trôi Áp dụng tăng cường sinh học ủ compost mụn dừa đã được nghiên cứu triển khai ở Ấn Độ đạt nhiều kết quả hứa hẹn Để thích ứng điều kiện Việt Nam, hỗn hợp vi sinh vật có khả năng tiết enzyme tannanse và cellulase được sử dụng ủ compost mụn dừa, kết hợp với chế với phẩm enzyme thương mại Enchoice Kết quả cho thấy với mật độ VSV 107 bào tử/g, bổ sung 0,05% Enchoice và 0,5% NPK, compost thu được sau 21 ngày ủ có tỉ lệ giảm khối lượng là 46%, tỉ lệ giảm tannin là 82%, tỉ số C/N còn lại 22:1 so với 51:1 lúc khởi điểm

ABSTRACT

About 680 million coconuts are produced annually in Vietnam with 40.8 thousand tons of coir fibre as a by-product and 95.2 thousand tons of coir pith as a solid waste which seriously pollutes the environment since the lignin, cellulose and tannin contents in the coir pith are rather high (max 55%, 44%, and 12%

respectively) The valorization of coir pith such as its conversion into cocopeat and organic fertilizer requires a pretreatment step of water and/or alkaline washing, which pollutes soil and water environment as well due to the tannin leachage The application of bioaugmentation technology in coir pith composting has been studied and developed in India with promising results In order to find a Vietnamese alternative for this problem, a mixture of tannase and cellulase producing fungal conidia was used in coir pith composting, in combination with a commercial enzymatic preparation Enchoice The results showed that for the coir pith inoculated with 107 conidia/g tannase and cellulase producing fungi (for each strain), supplemented with 0.05% Enchoice and 0.5% NPK, sprayed with water to an initial moisture of 40%, after 21 days of incubation, the weight and its tannin content reduced 46% and 80% respectively, the C/N ratio reduced to 22:1, compared to the initial value of 51:1

i

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tổng sản lượng dừa, chỉ xơ dừa và mụn dừa của 50% vỏ trái 5

Bảng 1.2 Các quốc gia trồng dừa và sản xuất chỉ xơ dừa ở châu Á Thái Bình Dương 5 Bảng 1.3 Thành phần hóa học của mụn dừa 6

Bảng 1.4 Thành phần khoáng trong mụn dừa 7

Bảng 1.5 Độ hòa tan của mụn dừa 8

Bảng 1.6 Tính chất vật lý của mụn dừa 10

Bảng 1.7 Các enzyme tham gia vào quá trình phân hủy lignin và các phản ứng chủ yếu 18

Bảng 1.8 Các enzyme hemicellulase 24

Bảng 1.9 Các vi sinh vật phân hủy cellulose 29

Bảng 1.10 Chủng vi sinh vật có khả năng phân giải enzyme tannase 35

Bảng 1.11 Tỷ lệ C/N của các chất thải 42

Bảng 1.12 Các chỉ tiêu chất lượng của compost 46

Bảng 1.13 Giá trị dinh dưỡng của mụn dừa trước và sau khi ủ compost 52

Bảng 1.14 Các nghiên cứu tăng cường sinh học ủ compost mụn dừa 54

Bảng 2.1 Tóm tắt các hoạt tính enzyme xác định cho chế phẩm Enchoice 62

Bảng 2.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát hoạt tính tannase của N1, N2 và N1/N2 trên môi trường mụn dừa 63

Bảng 2.3 Thí nghiệm đánh giá khả năng áp dụng nấm phân hủy tannin N1 và N2 và EC trong ủ compost 65

Bảng 2.4 Thí nghiệm xác định độ ẩm thích hợp cho khối ủ compost có bổ sung vi nấm 65

Bảng 2.5 Thí nghiệm đánh giá khả năng áp dụng nấm phân hủy tannin N1 và N2 và nấm phân hủy cellulose C1 và SD4 trong ủ compost phòng thí nghiệm 66

Bảng 2.6 Thí nghiệm ủ đánh giá chất lượng 67

Bảng 3.1 Tóm tắt kết quả phân tích hoạt tính enzyme trong chế phẩm Enchoice 74

Bảng 3.2 Độ giảm khối lượng của khối ủ mụn dừa bổ sung N1, N2 và EC 78

Bảng 3.3 Độ giảm khối lượng khi thay đổi độ ẩm khối ủ 81

Bảng 3.4 Độ giảm khối lượng khi áp dụng tăng cường sinh học với N1 và/hoặc N2 với các nấm phân hủy xơ C1 và SD4 83 Bảng 3.5 Độ giảm hàm lượng tannin sau 30 ngày ủ với các tác nhân tăng cường sinh học 84 Bảng 3.6 Thành phần hóa học compost 87

iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sản phẩm từ trái dừa 4

Hình 1.2 Một số sản phẩm từ mụn dừa 11

Hình 1.3 Quy trình sản xuất cocopeat 12

Hình 1.4 Cấu trúc phụ phế phẩm giàu xơ 14

Hình 1.5 Sự phân hủy phụ phế phẩm lignocellulos trong tự nhiên cung cấp đường cho các vi sinh vật khác 15

Hình 1.6: Các đơn vị cơ bản của lignin 16

Hình 1.7: Cấu trúc lignin trong gỗ mềm với các nhóm chức chính 17

Hình 1.8 Sơ đồ đơn giản hóa phản ứng phân hủy lignin nhờ enzyme LiP và glyoxal oxidase 20

Hình 1.9 Các nấm phân hủy lignin tiềm năng 21

Hình 1.10 Cấu trúc acid humic 22

Hình 1.11 Cấu trúc chung của hemicellulose 23

Hình 1.12 Cơ chế xúc tác của các enzyme thủy phân hemicellulose 25

Hình 1.13 Hai mô hình cấu trúc sợi cellulose 26

Hình 1.14 Các enzyme của phức hợp cellulose 28

Hình 1.15 Nấm Trichoderma phân hủy cellulose 30

Hình 1.16 Một số vi khuẩn phân giải cellulose 31

Hình 1.17 Các cấu trúc chính của tannin 33

Hình 1.18 Cơ chế hoạt động của tannase 34

Hình 1.19 Quá trình ủ compost 37

Hình 1.20 Thay đổi nhiệt độ và pH trong quá trình ủ compost 40

Hình 1.21 Ủ phân compost mụn dừa ở Ấn Độ 51

Hình 2.1 Bố trí thí nghiệm 59

Hình 2.2 Nuôi cấy vi nấm bằng phương pháp phòng ẩm 60

Hình 2.3 Phát hiện nhanh enzyme ngoại bào 61

Hình 3.1 Nấm N1 phân lập dựa trên khả năng thủy phân tannin 69

Hình 3.2 Nấm N2 phân lập dựa trên khả năng thủy phân tannin 70

Hình 3.3 Phát hiện enzyme tannase thủy phân acid tannic trên đĩa thạch bằng dung

dịch FeCl3/H2SO4 71

Hình 3.4 Nấm phân hủy cellulose 72

Hình 3.5 Khảo sát khả năng phân hủy cellulose trên thạch CMC 73

Hình 3.6 Hoạt tính tannase của N1, N2 trên môi trường mụn dừa 75

Hình 3.7 Hoạt tính enzyme cellulase trích ly trong mụn dừa ủ với C1 hoặc SD4, bổ sung urea 0.5% 77

Hình 3.8 So sánh độ giảm khối lượng của các mẫu ủ tăng cường EC, N1 và N2 sau 15 ngày 80

Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn độ giảm khối lượng mụn dừa sau 15 ngày ủ ở các độ ẩm khác nhau khi có cấy nấm 82

Hình 3.10 So sánh ảnh hưởng của tác tác nhân tăng cường sinh học (vi nấm) lên độ giảm khối lượng khối ủ sau 15 ngày và tannin sau 30 ngày 85

Hình 3.11 Độ giảm khối lượng compost sau 10, 21, 30 ngày ủ 86

Hình 3.12 Tỉ lệ giảm tannin trong compost sau 10, 21, 30 ngày ủ 86

Hình 3.13 Hàm lượng cellulose còn lại sau 10, 21 ngày ủ 87

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Mục tiêu đề tài 1

2 Đối tượng nghiên cứu 1

3 Phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

4.1 Phương pháp luận 2

4.2 Phương pháp thực tiễn 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Thực trạng mụn dừa 4

1.1.1 Tình hình sản xuất phát sinh mụn dừa 4

1.1.2 Thành phần hoá học của mụn dừa 6

1.1.2.1 Thành phần hóa học cơ bản 6

1.1.2.2 Thành phần chất hữu cơ hòa tan trong mụn dừa 8

1.1.3 Tính chất vật lý của mụn dừa 9

1.1.4 Ứng dụng của mụn dừa 10

1.1.5 Những vấn đề môi trường liên quan đến tồn trữ và xử lý mụn dừa 12

1.2 Quá trình phân hủy phụ phế phẩm giàu xơ 14

1.2.1 Tổng quát về phụ phế phẩm nông nghiệp giàu xơ và quá trình phân giải trong tự nhiên 14

1.2.2 Lignin và quá trình phân giải lignin 15

1.2.2.1 Lignin 15

1.2.2.2 Enzyme phân giải lignin 18

1.2.2.3 Vi sinh vật phân giải lignin 21

1.2.2.4 Tác dụng của quá trình thủy phân lignin đối với đất 22

1.2.3 Hemicellulose và quá trình phân giải hemicellulose 22

1.2.3.1 Hemicellulose 22

1.2.3.2 Qúa trình phân giải hemicellulose 24

1.2.4 Cellulose và quá trình phân giải cellulose 25

1.2.4 1 Cellulose 25

1.2.4.2 Enzyme phân giải cellulose – enzyme cellulase 27

1.2.4.3 Vi sinh vật phân giải cellulose 29

1.2.5 Tannin và quá trình phân giải tannin 31

1.2.5.1 Tannin 32

1.2.5.2 Enzyme phân giải tanin – enzyme tannase 33

1.2.5.3 Vi sinh vật phân giải tannin 35

1.3 Tổng quan về compost 36

1.3.1 Định nghĩa compost 36

1.3.2 Những lợi ích và hạn chế của quá trình ủ compost 37

1.3.2.1 Lợi ích của quá trình ủ compost 37

1.3.2.2 Hạn chế của quá trình làm compost 38

1.3.3 Khoa học ủ compost 38

1.3.3.1 Cơ chất của quá trình củ compost 38

1.3.3.2 Vi sinh vật và quá trình sinh học chuyển hóa compost 39

1.3.3.3 Diễn biến quá trình ủ compost 39

1.3.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình sản xuất compost 40

1.3.3.5 Chất lượng compost 46

1.3.3.6 Các phương pháp tăng tốc độ ủ và cải thiện chất lượng compost 47

1.4 Nghiên cứu ứng dụng tăng cường sinh học đã được áp dụng đối với mụn dừa 50

1.5 Lý do nghiên cứu và điểm mới của đề tài 56

CHƯƠNG II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 57

2.1 VẬT LIỆU 57

2.2 PHƯƠNG PHÁP 58

2.2.1 Mục đích 58

2.2.2 Phương pháp luận 58

2.2.3 Mục tiêu 58

2.2.4 Nội dung và bố trí thí nghiệm 59

2.2.4.1 Khảo sát hình thái khuẩn lạc, tế bào, định tính enzyme tannase và cellulase của các chủng nấm N1, N2, C1 và SD4 trên cơ chất phòng thí nghiệm 59

2.2.4.2 Khảo sát hoạt tính enzyme của chế phẩm thương mại Enchoice 62

2.2.4.3 Khảo sát hoạt tính tannase N1, N2 trên cơ chất mụn dừa 63

2.2.4.4 Khảo sát hoạt tính cellulase của C1, SD4 trên cơ chất mụn dừa 63

2.2.4.5 Đánh giá khả năng áp dụng nấm phân hủy tannin N1 và N2 và EC trong ủ compost 64

2.2.4.6 Xác định độ ẩm thích hợp cho khối ủ compost có bổ sung vi nấm 65

2.2.4.7 Đánh giá khả năng áp dụng nấm phân hủy tannin N1 và N2 và nấm phân hủy cellulose C1 và SD4 trong ủ compost phòng thí nghiệm 66

2.2.4.8 Đánh giá chất lượng phân compost ủ thí nghiệm 66

2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu 67

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 68

3.1 Khảo sát hình thái khuẩn lạc, tế bào, khả năng tiết enzyme tannase và cellulase của các chủng nấm N1, N2, C1 và SD4 trên cơ chất 68

3.1.1 Nấm phân hủy tannin N1 và N2 68

3.1.2 Khảo sát hình thái và khả năng tiết enzyme cellulase của C1 và SD4 71

3.2 Khảo sát hoạt tính enzyme của chế phẩm thương mại Enchoice 74

3.3 Khảo sát hoạt tính phân hủy tannin (tannase) của N1, N2 trên cơ chất mụn dừa.74 3.4 Khảo sát hoạt tính phân hủy cellulose (cellulase) của C1, SD4 trên cơ chất mụn dừa 77

3.5 Đánh giá khả năng áp dụng nấm phân hủy tannin N1 và N2 và EC trong ủ compost 78

3.6 Xác định độ ẩm thích hợp cho khối ủ compost có bổ sung vi nấm 81

3.7 Đánh giá khả năng áp dụng nấm phân hủy tannin N1 và N2 và nấm phân hủy cellulose C1 và SD4 trong ủ compost phòng thí nghiệm 82

3 8 Đánh giá chất lượng phân compost ủ thí nghiệm 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89

1 KẾT LUẬN 89

2 KIẾN NGHỊ 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PHỤ LỤC 99

tế và chất lượng sản phẩm

Với thời gian trước, người ta thường phân lập một chủng thuần khiết để sản xuất enzyme hay xử lý phụ phế phẩm Tuy nhiên, hiện nay xuất hiện xu hướng kết hợp các chủng mô phỏng hệ sinh thái vi sinh vật trong tự nhiên trong các chế phẩm nhằm đạt hiệu quả cao hơn trong việc ủ phân compost, đem lại lợi ích về chất lượng sản phẩm và kinh tế Đó cũng chính là hướng nghiên cứu của đề tài này, khảo sát khả năng kết hợp nấm phân hủy tannin và cellulose với chế phẩm enzyme Enchoice

có khả năng tạo thêm một chế phẩm khác có ý nghĩa về mặt môi trường và lợi ích cho người nông dân

1 Mục tiêu đề tài

- Khảo sát hình thái khuẩn lạc, tế bào, hoạt tính enzyme tannase và cellulase của các chủng nấm có khả năng phân hủy tannin và cellulose trên cơ chất phòng thí nghiệm

- Khảo sát hoạt tính enzyme của chế phẩm thương mại Enchoice

- Khảo sát hoạt tính phân hủy tannin (tannase) và của các chủng nấm có khả năng phân hủy tannin trên cơ chất mụn dừa

- Khảo sát hoạt tính phân hủy cellulose (cellulase) của các chủng nấm có khả năng phân hủy cellulose trên cơ chất mụn dừa

- Đánh giá khả năng áp dụng các nấm phân hủy tannin và EC trong ủ compost

- Xác định độ ẩm thích hợp cho khối ủ compost có bổ sung vi nấm

- Đánh giá khả năng áp dụng nấm phân hủy tannin và nấm phân hủy cellulose trong ủ compost phòng thí nghiệm

- Đánh giá chất lượng phân compost ủ thí nghiệm

2 Đối tượng nghiên cứu

- Các chủng nấm phân hủy tannin (N1,N2)

Ý nghĩa khoa học: Là một trong số những đề tài nghiên cứu hạn chế - cải thiện

tình hình ô nhiễm môi trường từ nguồn phế phẩm mụn dừa, đánh giá khả năng kết hợp của các chủng nấm phân hủy tannin và cellulose và chế phẩm thương mại

Ý nghĩa thực tiễn: ứng dụng công nghệ sinh học vào đời sống sản xuất, nhằm

giải quyết tình trạng ô nhiễm do việc xả thải mụn dừa tươi hay tránh việc xử lý các loại nước thải từ các hoạt động sản xuất, khai thác các sản phẩm từ mụn dừa

4 Phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp luận

Để ủ compost mụn dừa cần phải có tăng cường sinh học, các mục tiêu của tăng cường sinh học là tannin, chất ức chế hoạt động của phần đông vi sinh vật, tiếp theo là lignin, hemicelluloses và cellulose Các vi sinh vật đáp ứng các yêu cầu trên được phân lập từ mụn dừa, thu sinh khối bào tử bổ sung vào khối ủ Bên cạnh đó, nhiều chế phẩm enzyme được đưa vào thị trường hỗ trợ ủ compost Việc kết hợp giữa chế phẩm vi sinh và enzyme cũng có thể là giải pháp rút ngắn thời gian ủ compost mụn dừa Tuyển chọn nấm phân hủy phụ phẩm lignocellulose dựa trên khả năng tiết enzyme cellulase, vì cellulose bị lignin và hemicelluloses bao quanh và cản trở sự tiếp xúc của enzyme với cơ chất Một khi cellulose bị phân giải, chứng tỏ lignin và hemicelluloses cũng bị phân giải Hemicellulose dễ dàng bị phân hủy nhất Sự phân hủy lignocellulose có thể được đánh giá qua chỉ tiêu độ giảm khối

4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Thực trạng mụn dừa

1.1.1 Tình hình sản xuất phát sinh mụn dừa

Theo số liệu của chuyên gia APCC (Asia Pacific Coconut Community), dừa được trồng trên 93 quốc gia trên thế giới với diện tích 12,5 triệu ha đưa về 61, 165

triệu trái dừa/năm (Arancon R, 2008)

Vỏ trái dừa chiếm 35% khối lựơng trái Chỉ xơ dừa chiếm 30% và mụn dừa chiếm 70% khối lượng khô Tỉ lệ sợi theo chiều dài ước khoảng dài: trung bình:

ngắn là 60: 30: 10 Tổng sản lượng chỉ xơ dừa tòan thế giới đạt khoảng 5-6 triệu tấn/ năm Ngành sản xuất chỉ xơ dừa phát triển không ngừng, lan sang cả Việt Nam

Mụn dừa (Coir pith, cocopeat, coir dust) là sản phẩm phụ của ngành sản xuất chỉ

xơ dừa, gồm những chỉ sợi ngắn (<2 mm chiều dài) và những hạt kích thước nhỏ thu được trong quá trình tách sợi khỏi vỏ trái dừa (Hình 1.1)

Hình 1.1 Sản phẩm từ trái dừa, a) Sản phẩm từ trái dừa, b) Chỉ xơ dừa, c) Mụn dừa

(Fiber)

Mụn dừa (Coir pith) Triệu tấn

Thế giới 61,165 3.67 8.5 Châu Á Thái Bình

Hiệp hội các nước Châu

Á và Châu Á Thái Bình Dương xuất khẩu dừa

50,577 3.03 7.1

Châu Phi 2,187 0.13 0.30 Châu Mỹ 6,047 0.36 0.84

Bảng 1.2. Các quốc gia trồng dừa và sản xuất chỉ xơ dừa ở châu Á, Thái Bình

hemicelluloses)

27, 31 10,4 15-35

Furfural 17,40 Lignin 54, 78 33,3 20-40 35,5

N 0,3 2,04 (protein)

P2O5 0,5

7

TOM (total organic matter)%

94-98

OC (organic carbon)%

45-45

(Gonzales, B.P (1970), Joachim, A.W.R (1930), (Sjostrom, 1993), Israel, A.U

(2010, 2011)) Hàm lượng lignocellulose cao nên tính chất vật lý của mụn dừa là rất bền dưới nước Tại các cơ sở chế biến vỏ trái dừa, các đống phụ phẩm mụn dừa có thể tồn tại đến hàng trăm năm (Meerow, 1994; Evans et al., 1996) Lignin và cellulose là các biopolymer chứa nhiều phenolic hydroxyl, carboxylic, amino, sulphate groups, do

đó dễ dàng tương tác với các kim loại nặng hoặc các chất gây ô nhiễm khác trong nước thải (Tan et al., 1993; Veglio và Beolchini, 1997; Gballah et al., 1997)

Ngoài ra, mụn dừa là phụ phẩm rất nghèo protein, N tổng được công bố là 0,3 %

(Joachim, A.W.R., 1930) hay protein là 2,04% (Sjostrom, 1993) Thành phần

khoáng đa vi lượng trong mụn dừa được coi là phong phú, đặc biệt hàm lượng K và

P cao Ngoài ra trong mụn dừa còn chứa rất nhiều khoáng vi lượng (bảng 1.4)

Bảng 1.4 Thành phần khoáng trong mụn dừa (Aniekemeabasi Israela, 2010)

Khoáng chất µg khoáng chất/g mụn dừa

Nghiên cứu hiện nay

µg khoáng chất/g mụn dừa Giá trị tham khảo (Conrad và Hasen, 2007)

pH = 7.0, Nhiệt độ = 29.6oC, liều lượng 0.5 g ND = không tìm ra

Kích thước hạt = 50 µm Màu sắc của mụn dừa = nâu đến nâu nhạt

1.1.2.2 Thành phần chất hữu cơ hòa tan trong mụn dừa

Hàm lượng chất tan trong môi trường acid yếu (HCl) cao hơn trong môi trường nước thừơng, vì trong điều kiện acid các nhóm chức như hydroxyl bị thủy phân (Pansera et al., 2004) Trong môi trường kiềm các hợp chất sáp (waxes) và nhựa hòa tan, liên kết giữa lignin, cellulose bị phá hủy một phần (Nada et al., 2002) Tỉ lệ chất tan tăng khi hàm lượng kiềm tăng Độ hòa tan còn phụ thuộc vào kích thước hạt/sợi, tỉ lệ dung môi/mụn dừa

Bảng 1.5. Độ hòa tan của mụn dừa STT Dung môi/ điều kiện Độ hòa tan (% CK)

1 Nước nhiệt độ thường 25

Thành phần chất hòa tan trong dịch chiết mụn dừa được kiểm tra bằng phương pháp định tính bao gồm chủ yếu là polyphenol trong đó có tannin, flavanoids, phlobatannins (condensed tannin)

Tannin là một hợp chất polyphenol hòa tan chiết từ phụ phế phẩm giàu xơ chứa nhiều nhóm hydroxyl Tannin cũng là một hợp chất được chiết nhiều từ vỏ cây, cành, lá và các bộ phận khác của cây, được sử dụng trong công nghệ thực phẩm (làm rượu vang), thuốc, chất kết dính trong sản xuất tấm vật liệu từ hạt rời, và công nghệ thuộc da

Mụn dừa chứa hàm lượng lignin và tannin cao (đạt tới 55% và 12% tương ứng)

Dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ cao, các chất này sẽ mềm ra và có đặc tính như chất kết nối nhựa dẻo (thermoplastic binding materials (Banzon và Velasco 1982)

Tannin được chiết từ mụn dừa, cô đặc và sấy phun Phân tích tannin trong chất chiết bằng phương pháp sử dụng trong ngành thuộc da (hide powder method) cho thấy chất chiết chứa 28,47% tannin và 50,72% chất khác tannin Tỉ lệ tannin: non-

tannin là 0,5 so với tỉ lệ này là 2,6 từ vỏ cây mimosa (Acaria decurrens), một chất

chiết tannin thương mại Các nghiên cứu chuyên môn cũng cho thấy chất lượng da

bò và dê thuộc từ tannin mụn dừa thấp hơn so với tannin từ vỏ cây mimosa (Tamolang 1976)

1.1.3 Tính chất vật lý của mụn dừa

Bảng 1.6 thể hiện các tính chất vật lý của mụn dừa Mụn dừa có pH từ acid yếu đến trung tính, đặc biệt có khả năng giữ nước cao do giàu các hợp chất lignocelluloses có thể liên kết hydro với nước, độ xốp (thoáng khí cao), độ dẫn điện từ 0,8-2,5 dS/m khá cao do hàm lượng muối cao, khả năng trao đổi ion

4 Độ xốp (total pososity) % 79,8-81,7%

94-96%

5 Độ dẫn điện EC (dS/m) 0,8-2,5

6 Khả năng trao đổi ion

(Cation exchange capacity)

2.39 mmol/g 60-130meg/100 mg

1.1.4 Ứng dụng của mụn dừa

Ø Vật liệu xây dựng

- Thanh, tấm

- Vật liệu sàn, trần, mái, tường

- Vật liệu cách âm, cách nhiệt

- Vật liệu bền trong nước

rpeat.htm

Compost mụn dừa http://www.indiamart.com/cocoexporters-traders/coconut-coir-products.html

Hình 1.2. Một số sản phẩm từ mụn dừa

Ưu điểm:

- Sản phẩm 100% nguồn gốc thiên nhiên, có khả năng phân hủy sinh học

- Sản phẩm thân thiện môi trường, nguồn tái tạo được

- Có thể thay thế than bùn (peat moss) làm giá thể

- Có thể làm giá trồng trọt nhiều loại cây, hoa do độ thoáng khí tốt, khả năng hấp thụ và giữ nứơc tốt

- Tương đối bền Nhược điểm:

- Hàm lượng tannin cao, muốn làm giá thể trồng trọt hay ủ compost thường phải xử lý loại bỏ tannin

- Độ dẫn điện cao (hàm lượng muối cao) phải rửa bớt

- Tannin mụn dừa chất lượng không cao, không dùng trong công nghệ thuộc

da được

- Hàm lượng lignocelluloses cao, khó phân hủy sinh học

- Giá thể lên men thể rắn (María C Orzuaa et al.,(2009))

- Giá thể cho nấm Trichoderma spp làm tác nhân kiểm soát sinh học

1.1.5 Những vấn đề môi trường liên quan đến tồn trữ và xử lý mụn dừa

Như đã nói ở trên, mụn dừa có hàm lượng tannin từ 2,5-6,5% (Cooke, 1949), 12% (Vinodhini, S.et al., 2006) và hàm lượng muối khá cao (độ dẫn điện cao) nên không thể sử dụng trực tiếp làm giá thể trồng trọt Muốn sử dụng được người ta cần phải xử lý mụn dừa Công nghệ thường dùng nhất là rửa mụn dừa với nước, cho đến khi đạt pH và độ dẫn điện thích hợp (trung tính và <0,5 dS/m tương ứng)

8-Tồn trữ mụn dừa dưới trời mưa sẽ rửa trôi tannin, ngấm xuống đất, ức chế vi sinh vật đất

Ø Công nghệ xử lý mụn dừa của Ấn Độ

C) Phơi: chuyển sang sân phơi dưới ánh sáng mặt trời

D) Sàng: theo kích thước thích hợp, tương ứng khả năng giữ nước

E) Nén: tạo thành block có kích thước xác định

(http://www.royalmultitek.com/en/production.html)

Hình 1.3 Quy trình sản xuất cocopeat

Ø Công nghệ Việt Nam

- Xử lý mụn dừa bằng nước vôi xử lý lignin và tannin (Huỳnh Thị Lạc, 2006)

Xứ lý nứơc thải rửa mụn dừa

- Xử lý nứơc thải từ sản xuất chỉ dừa bằng phương pháp kị khí sử dụng UASB

VSV trong bùn thải chịu được mức Phenol 500-700 mg/l (Neena C et al., 2007)

Công nghệ chưa được triển khai ở Việt Nam

14

1.2 Quá trình phân hủy phụ phế phẩm giàu xơ

1.2.1 Tổng quát về phụ phế phẩm nông nghiệp giàu xơ và quá trình phân giải trong tự nhiên

Các phụ phẩm giàu xơ là nguyên liệu hữu cơ, cấu trúc chính của chúng bao gồm cellulose, lignin và hemicellulose Ngoài ra, còn có số lượng nhỏ các thành phần khác như tro, protein và pectin

Cellulose và hemicellulose là các đại phân tử cấu tạo từ các gốc đường khác nhau, trong khi lignin là một polymer dạng vòng được tổng hợp từ tiền phenylpropanoid Thành phần cấu tạo và phần trăm của các polymer này là khác nhau giữa các loài

15

Các quá trình phân hủy phụ phế phẩm giàu xơ trong tự nhiên yếu cầu sự có mặt của ba nhóm vi sinh vật:

- Vi sinh vật phân hủy lignin

- Vi sinh vật phân hủy hemicellulose và vi sinh vật phân hủy cellulose

Hình 1.5 Sự phân hủy phụ phế phẩm lignocellulos trong tự nhiên cung cấp đường

cho các vi sinh vật khác (Bayer EA et al.)

1.2.2 Lignin và quá trình phân giải lignin

1.2.2.1 Lignin

Lignin là một phức hợp chất hóa học phổ biến được tìm thấy trong hệ mạch thực vật, chủ yếu là giữa các tế bào, trong thành tế bào thực vật Lignin là một trong các polymer hữu cơ phổ biến nhất trên trái đất Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng vai trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và

Cấu trúc:

- Lignin có cấu trúc không gian 3 chiều, phức tạp, vô định hình, chiếm 17%

đến 33% thành phần của gỗ

- Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở

- Lignin là polymer, được cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị cấu trúc điển hình là: guaiacyl (G), trans-coniferyl alcohol; syringyl (S), trans-sinapyl alcohol; p-hydroxylphenyl (H), trans-p-courmary alcohol (Hình 1.6)

Hình 1.6: Các đơn vị cơ bản của lignin

- Cấu trúc của lignin đa dạng, tùy thuộc vào loại gỗ, tuổi của cây hoặc cấu trúc của nó trong gỗ Ngoài việc được phân loại theo lignin của gỗ cứng, gỗ mềm và cỏ, lignin có thể được phân thành hai loại chính: guaicyl lignin và guaicyl-syringyl lignin

- Gỗ mềm chứa chủ yếu là guaiacyl, gỗ cứng chứa chủ yếu syringyl Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng guaiacyl lignin hạn chế sự trương nở của xơ sợi và vì vậy loại nguyên liệu đó sẽ khó bị tấn công bởi enzyme hơn syringyl lignin

17

- Hoàn toàn không đồng nhất trong cấu trúc Lignin dường như bao gồm vùng

vô định hình và các vùng có cấu trúc hình thuôn hoặc hình cầu Lignin trong tế bào thực vật bậc cao không có vùng vô định hình Các vòng phenyl trong lignin của gỗ mềm được sắp xếp trật tự trên mặt phẳng thành tế bào

- Ngoài ra, cả cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của lignin đều bị ảnh hưởng bởi mạng polysaccharide Việc mô hình hóa động học phân tử cho thấy rằng nhóm hydroxyl và nhóm methoxyl trong các oligomer tiền lignin sẽ tương tác với vi sợi cellulose cho dù bản chất của lignin là kỵ nước

Hình 1.7: Cấu trúc lignin trong gỗ mềm với các nhóm chức chính

Tính chất

- Các nhóm chức ảnh hưởng đến hoạt tính của lignin bao gồm nhóm phenolic hydroxyl tự do, methoxyl, benzylic hydroxyl, ether của benzylic với các rượu mạch thẳng và nhóm carbonyl (Hình 1.7) Guaicyl lignin chứa nhiều nhóm phenolic hydroxyl hơn syringyl

- Lignin tạo liên kết hóa học với hemicellulose và ngay cả với cellulose (nhưng không nhiều) Độ bền hóa học của những liên kết này phụ thuộc vào bản chất liên kết, cấu trúc hóa học của lignin và các gốc đường tham gia liên kết

18

Carbon alpha (Cα) trong cấu trúc phenyl propane là nơi có khả năng tạo liên kết cao nhất với khối hemicellulose Ngược lại, các đường nằm ở mạch nhánh như arabinose, galactose, và acid 4-O-methylglucuronic là các nhóm thường liên kết với lignin Các liên kết có thể là ether, ester (liên kết với xylan qua acid 4-O-methyl-D-glucuronic), hay glycoside (phản ứng giữa nhóm khử của hemicellulose và nhóm

OH phenolic của lignin)

- Cấu trúc hóa học của lignin rất dễ bị thay đổi trong điều kiện nhiệt độ cao và

pH thấp như điều kiện trong quá trình tiền xử lý bằng hơi nước Ở nhiệt độ phản ứng cao hơn 200oC, lignin bị kết khối thành những phần riêng biệt và tách ra khỏi cellulose Những nghiên cứu trước đây cho thấy đối với gỗ cứng, nhóm ether β-O-4 aryl bị phá hủy trong quá trình nổ hơi Đồng thời, đối với gỗ mềm, quá trình nổ hơi làm bất hoạt các nhóm hoạt động của lignin ở vị trí α như nhóm hydroxyl hay ether, các nhóm này bị oxy hóa thành carbonyl hoặc tạo cation benzylic, cation này sẽ tiếp tục tạo liên kết C-C

- Trong dinh dưỡng động vật, lignin rất đáng quan tâm vì nó không bị tiêu hóa bởi enzyme của cơ thể vật chủ Lignin còn liên kết với nhiều polysaccharide và protein màng tế bào ngăn trở quá trình tiêu hóa cellulose Gỗ, cỏ khô và rơm rất giàu lignin nên tỷ lệ tiêu hóa thấp trừ khi được xử lý hóa học làm cho các liên kết giữa lignin với các carbohydrate khác (cellulose, hemicelluloses) bị bẻ gãy

1.2.2.2 Enzyme phân giải lignin

Để phân hủy được hợp chất có cấu tạo hóa học phức tạp như lignin, một loạt enzyme tham gia vào quá trình phân hủy lignin (Bảng 1.7)

Bảng 1.7. Các enzyme tham gia vào quá trình phân hủy lignin và các phản ứng chủ yếu

STT Enzyme Cofactor, cơ chất Phản ứng cơ bản

1 Lignin peroxidase (LiP) H2O2, veratryl

Mn2+ oxy hóa thành Mn3+, Mn3+ (bị phức hóa) oxy hóa hợp chất

19

phenol thành gốc phenoxyl

3 Laccase O2 Phenol bị oxy hóa

5 Aryl alcohol oxidase,

AAO Rượu thơm

Oxy hóa rượu thơm thành aldehyde, sinh ra H2O2

Khác với phần lớn các enzyme khác, laccase có phổ cơ chất rất đa dạng, bao gồm diphenol, polyphenol, các dẫn xuất phenol, diamine, amine thơm, benzenethiol, PCB, dioxin và cả các hợp chất vô cơ như iot

Phân tử laccase thường là monomeric protein, chỉ một số là oligomeric protein, có khối lượng phân tử dao động trong khoảng 60 – 90 kD Phần lớn laccase của nấm có bản chất là glycoprotein với hàm lượng carbonhydrate chiếm khoảng 10 – 25%

b) Lignin peroxidase

Lignin peroxidase là một glycoprotein có chứa nhân heme, enzyme này xúc tác quá trình oxy hóa lignin và các hợp chất có vòng giống lignin khi có mặt H2O2trong môi trường LiP có trọng lượng phân tử từ 36 – 48 kDa, pH tối thích cho hoạt động trong khoảng 2,5 – 3, điểm đẳng điện pI là 3,2 – 4 LiP có thể xúc tác các phản ứng oxy hóa các hợp chất phenol dẫn đến mở vòng do có thế oxy hóa khử

20

cao Thế oxy hóa khử cao được giải thích do các hợp chất chất trung gian được tạo

ra trong chu trình xúc tác của LiP là các hợp chất LiPI và LiPII Đầu tiên LiP bị oxy hóa thành LiPI nhờ H2O2, tiếp theo LiPI oxy hóa cơ chất (hợp chất vòng thơm)

và trở thành LiPII LiPII tiếp tục oxy hóa một phân tử cơ chất khác và trở về dạng ban đầu rồi tiếp tục một chu trình xúc tác khác

c) Mangan peroxidase

Mangan peroxidase cũng giống như LiP thuộc nhóm enzyme xúc tác phản ứng với sự có mặt của H2O2 Enzyme này hoạt động như một phenoloxydase bằng cách sử dụng Mn3+/Mn2+ làm cặp oxy hóa khử trung gian, chúng tham gia phản ứng oxy hóa phenol và các hợp chất dẫn xuất phenol bằng cách tấn công trực tiếp vào cấu trúc vòng thơm chuyển hóa chúng thành những gốc có trọng lượng phân tử thấp theo con đường oxy hóa khử mangan gián tiếp

a)

b)

Hình 1.8. Sơ đồ đơn giản hóa phản ứng phân hủy lignin nhờ enzyme

21

1.2.2.3 Vi sinh vật phân giải lignin

Vi sinh vật phân giải lignin là các vi sinh vật tiết ra các enzyme phân hủy lignin nói trên

Sự phân hủy lignin chủ yếu do nấm Các nấm phân hủy lignin tiềm năng nhất là

nấm mục trắng Phanerochaete chrysosporium và các nấm lớn như Trametes

versicolor, Pleurotus spp., nấm rơm Volvariella volvacea phân hủy cellulose và

lignin cùng một lúc

Hình 1.9. Các nấm phân hủy lignin tiềm năng : A) Nấm mục trắng Phanerochaete

chrysosporium, B) nấm rơm Volvariella volvacea, C) Nấm bào ngư Pleurotus spp.,

D) Nấm vân chi Trametes versicolor

22

1.2.2.4 Tác dụng của quá trình thủy phân lignin đối với đất

Đối với lignocelluloses, phân hủy lignin tạo điều kiện cho các vi sinh vật khác, enzyme khác tiến vào thủy phân hemicelluloses và cellulose Mặt khác, lignin bị thủy phân sinh ra các tiền chất của humic acid Trong các lý thuyết tạo thành humic acid, có “lignin theory” và “polyphenol theory” đều liên quan trực tiếp đến lignin hoặc sản phẩm trao đổi chất từ lignin (Soil Microbiology)

Hình 1.10. Cấu trúc acid humic (Horwath W 2007)

1.2.3 Hemicellulose và quá trình phân giải hemicellulose

1.2.3.1 Hemicellulose

Hemicellulose là một loại polymer phức tạp và phân nhánh, độ trùng hợp khoảng 70 đến 200 đơn phân Hemicellulose chứa cả đường 6 carbon gồm glucose, mannose và galactose và đường 5 gồm xylose và arabinose Thành phần cơ bản của hemicellulose là β – D xylopyranose, liên kết với nhau bằng liên kết β -(1à4)

Cấu tạo của hemicellulose khá phức tạp và đa dạng tùy vào nguyên liệu, tuy nhiên có một vài điểm chung gồm:

23

- Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β -(1à4)

- Xylose là thành phần quan trọng nhất

- Nhóm thế phổ biến nhất là nhóm acetyl O – liên kết với vị trí 2 hoặc 3

- Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thông thường là disaccharide hoặc trisaccharide Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với lignin là nhờ các mạch nhánh này Cũng vì hemicellulose có mạch nhánh nên tồn tại ở dạng vô định hình và vì thế dễ bị thủy phân

Hình 1.11 Cấu trúc chung của hemicellulose (Badal C Saha , 2003) Tùy theo trong thành phần của hemicellulose có chứa monosaccharide nào mà

nó sẽ có những tên tương ứng như mannan, galactan, glucan và xylan Các polysaccharide như mannan, galactan, glucan hay xylan đều là các chất phổ biến trong thực vật, chủ yếu ở các thành phần của màng tế bào của các cơ quan khác nhau như gỗ, rơm rạ, v.v…

Trong các loại hemicellulose, xylan là một polymer chính của thành tế bào thực vật trong đó các gốc D-xylopyranose kết hợp với nhau qua liên kết β-1,4-D-xylopyranose, là nguồn năng lượng dồi dào thứ hai trên trái đất Đa số phân tử

1.2.3.2 Qúa trình phân giải hemicellulose

Phần lớn hemicellulose có tính chất tương đồng với cellulose, do đó cơ chế phân giải hemicellulose cũng tương tự như phân giải cellulose Tuy nhiên, hemicellulose

có phân tử lượng nhỏ hơn, cấu trúc đơn giản hơn, kém bền vững hơn, nên vi sinh vật dễ phân giải và phân giải nhanh hơn cellulose

Bảng 1.8 trình bày tóm tắt hoạt động của hệ enzyme phân hủy hemicellulose và

cơ chế hoạt động được biểu diễn trên hình 1.12

Bảng 1.8. Các enzyme hemicellulase (Badal C Saha, 2003) Enzyme Cơ chế hoạt động

Endo-xylanase Thủy phân chủ yếu liên kết β-1,4-xylose của mạch

chính xylan Exo-xylanase Thủy phân chủ yếu liên kết β-1,4-xylose tạo ra

xylobiose (dimer của xylose)

β-Xylosidase Thủy phân xylobiose

α-Arabinofuranosidase Thủy phân arabinoxylan giải phóng α

-arabinofuranose từ đầu không khử

α-Glucuronidase Giải phóng glucuronic acid từ glucuronoxylan Acetylxylan esterase Thủy phân liên kết acetylester của acetyl xylan Ferulic acid esterase Thủy phân liên kết feruloylester của xylan p-Coumaric acid esterase Thủy phân liên kết p-coumaryl ester của xylan

25

Hình 1.12. Cơ chế xúc tác của các enzyme thủy phân hemicellulose

1.2.4 Cellulose và quá trình phân giải cellulose

1.2.4 1 Cellulose

Cellulose là hợp chất hữu cơ có công thức cấu tạo (C6H10O5)n, và là thành phần chủ yếu của thành tế bào thực vật, gồm nhiều cellobiose liên kết với nhau, 4-O- (β-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose Cellulose cũng là hợp chất hữu cơ nhiều nhất trong sinh quyển, hàng năm thực vật tổng hợp được khoảng 1011 tấn cellulose (trong

gỗ, cellulose chiếm khoảng 50% và trong bông chiếm khoảng 90%) Theo đó, cellulose được tìm thấy trong hầu hết các loại chất thải hữu cơ và chiếm tỉ lệ cao trong thành phần cấu trúc từ các chất thải của ngành công nghiệp gỗ, nông nghiệp

và chất thải gia đình

Cấu trúc:

- Các mạch cellulose được liên kết với nhau nhờ liên kết hydro và liên kết van Der Waals, hình thành hai vùng cấu trúc chính là tinh thể và vô định hình