Nghiên cứu KHKT học sinh Dung dịch ngâm rửa sinh học bằng công nghệ vi sinh từ vỏ dứa

Hiện nay nhu cầu sử dụng các sản phẩm tẩy rửa gia dụng đã tăng cao đáng kể trên toàn thế giới, do mối quan tâm ngày càng tăng của người tiêu dùng về vấn đề vệ sinh và sức khỏe. Gần như mọi hoạt động vệ sinh đều cần tới hóa chất tẩy rửa và trên thị trường có vô vàn sản phẩm vệ sinh thức ăn, thực phẩm; chất tẩy rửa như: nước rửa chén, lau kính, lau sàn nhà, xà phòng giặt quần áo,… để cho người dân lựa chọn. Phần lớn các sản phẩm tẩy rửa này đều được sản xuất theo phương pháp công nghiệp với thành phần là các chất hóa học tổng hợp, tuy đem lại hiệu quả tối ưu trong việc xóa bay vết bẩn cứng đầu nhưng cũng gây tiềm ẩn nhiều nguy cơ độc hại, nguy hiểm cho sức khỏe người tiêu dùng, ảnh hưởng xấu đến môi trường. Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, những sản phẩm tẩy rửa rất nguy hiểm bởi những hóa chất này thường có benzene sulfonate gốc ankin và chất phốt phát gốc ankin khó phân giải. Sau khi sử dụng, các chất này không tự phân hủy mà hòa lẫn trong nước, sẽ gây tác động xấu cho môi trường nước và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của người như: kích ứng da, mắt, mũi và xoang, gây ung thư,… Xã hội ngày càng phát triển, kinh tế ngày được nâng cao, đô thị hoá nhanh chóng người dân có xu hướng hướng đến cuộc sống có chất lượng nên họ có nhiều lựa chọn cho những sản phẩm phục vụ cuộc sống của mình, đó là vừa sạch vừa an toàn. Khi người tiêu dùng hướng đến cuộc sống xanh, bảo vệ môi trường, bảo vệ sức khỏe thì các sản phẩm thiên nhiên được đón nhận và thay thế cho sản phẩm hóa chất, đặc biệt đối với mặt hàng tiêu dùng các chất tẩy rửa như nước rửa chén, nước giặt, lau sàn, lau bếp, rửa tay…. Hàng ngày chúng ta thải ra môi trường một lượng lớn rác sinh hoạt có nguồn gốc từ thực vật như vỏ hoa quả, gốc rau, củ, .... Mặc dù công tác thu gom và xử lý rác thải sinh hoạt ở địa phương được quan tâm để đảm bảo vệ sinh môi trường nhưng chưa chú trọng đến việc phân loại, tận dụng triệt nguồn rác hữu cơ, nhất là rác thực vật (hoa, vỏ trái cây) để biến thành sản phẩm và tăng giá trị của rác sau phân loại, hầu hết mới chỉ dừng lại ở việc tận dụng thực phẩm thừa 2 để chăn nuôi. Mỗi loại trái cây, rau, củ đều có một hoặc nhiều loại enzyme khác nhau như protease, amylase, lipase… là những chất tẩy rửa dầu mỡ và tinh bột hiệu quả do thiên nhiên ban tặng. Trong công nghiệp chế biến thực phẩm từ quả dứa, nguồn vỏ dứa bỏ ra rất nhiều. Qua tìm hiểu, em biết trong vỏ dứa có hệ enzyme dồi dào, nhất là hệ enzyme proteasebromelain.

-o0o -

CUỘC THI KHOA HỌC KỸ THUẬT CẤP TỈNH DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC, NĂM HỌC 2023 - 2024

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DỰ ÁN DUNG DỊCH NGÂM RỬA SINH HỌC BẰNG CÔNG NGHỆ VI SINH TỪ

VỎ DỨA

LĨNH VỤC DỰ THI: VI SINH

Đắk Nông, tháng 12 năm 2023

I Mở đầu 1

1 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước 3

2 Sơ lược về các nguyên liệu được sử dụng tạo dung dịch ngâm rửa

sinh học

4

1.3.2 Quy trình sản xuất dung dịch ngâm rửa sinh học 9

1.2 Quá trình sản xuất dung dịch ngâm rửa sinh học 13

I Mở đầu

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay nhu cầu sử dụng các sản phẩm tẩy rửa gia dụng đã tăng cao đáng kể trên toàn thế giới, do mối quan tâm ngày càng tăng của người tiêu dùng

về vấn đề vệ sinh và sức khỏe Gần như mọi hoạt động vệ sinh đều cần tới hóa chất tẩy rửa và trên thị trường có vô vàn sản phẩm vệ sinh thức ăn, thực phẩm; chất tẩy rửa như: nước rửa chén, lau kính, lau sàn nhà, xà phòng giặt quần áo,…

để cho người dân lựa chọn Phần lớn các sản phẩm tẩy rửa này đều được sản xuất theo phương pháp công nghiệp với thành phần là các chất hóa học tổng hợp, tuy đem lại hiệu quả tối ưu trong việc xóa bay vết bẩn cứng đầu nhưng cũng gây tiềm ẩn nhiều nguy cơ độc hại, nguy hiểm cho sức khỏe người tiêu dùng, ảnh hưởng xấu đến môi trường Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, những sản phẩm tẩy rửa rất nguy hiểm bởi những hóa chất này thường có benzene sulfonate gốc ankin và chất phốt phát gốc ankin khó phân giải Sau khi

sử dụng, các chất này không tự phân hủy mà hòa lẫn trong nước, sẽ gây tác động xấu cho môi trường nước và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của người như: kích ứng da, mắt, mũi và xoang, gây ung thư,…

Xã hội ngày càng phát triển, kinh tế ngày được nâng cao, đô thị hoá nhanh chóng người dân có xu hướng hướng đến cuộc sống có chất lượng nên họ có nhiều lựa chọn cho những sản phẩm phục vụ cuộc sống của mình, đó là vừa sạch vừa an toàn Khi người tiêu dùng hướng đến cuộc sống xanh, bảo vệ môi trường, bảo vệ sức khỏe thì các sản phẩm thiên nhiên được đón nhận và thay thế cho sản phẩm hóa chất, đặc biệt đối với mặt hàng tiêu dùng các chất tẩy rửa như nước rửa chén, nước giặt, lau sàn, lau bếp, rửa tay…

Hàng ngày chúng ta thải ra môi trường một lượng lớn rác sinh hoạt có nguồn gốc từ thực vật như vỏ hoa quả, gốc rau, củ, Mặc dù công tác thu gom

và xử lý rác thải sinh hoạt ở địa phương được quan tâm để đảm bảo vệ sinh môi trường nhưng chưa chú trọng đến việc phân loại, tận dụng triệt nguồn rác hữu

cơ, nhất là rác thực vật (hoa, vỏ trái cây) để biến thành sản phẩm và tăng giá trị của rác sau phân loại, hầu hết mới chỉ dừng lại ở việc tận dụng thực phẩm thừa

để chăn nuôi Mỗi loại trái cây, rau, củ đều có một hoặc nhiều loại enzyme khác nhau như protease, amylase, lipase… là những chất tẩy rửa dầu mỡ và tinh bột hiệu quả do thiên nhiên ban tặng Trong công nghiệp chế biến thực phẩm từ quả dứa, nguồn vỏ dứa bỏ ra rất nhiều Qua tìm hiểu, em biết trong vỏ dứa có hệ enzyme dồi dào, nhất là hệ enzyme protease-bromelain

Trong cuộc sống ta có thể tận dụng các phế phẩm từ thực vật: vỏ hoa quả, rau củ, đặc biệt là vỏ dứa để làm nên các sản phẩm hữu cơ vừa an toàn, quy trình nhanh và dễ Từ ý tưởng này, chúng em nghiên cứu, sử dụng vỏ dứa, vỏ bưởi kết

hợp với công nghệ vi sinh để đưa ra sản phẩm “Dung dịch ngâm rửa sinh học

bằng công nghệ vi sinh từ vỏ dứa” nhằm tạo ra một dung dịch ngâm rửa sinh

học an toàn lành tính, dưỡng da tay, dễ dàng sử dụng; tính hiệu quả cao, có khả năng thương mại đồng thời góp phần giảm tối đa lượng rác thải ra môi trường, tránh lãng phí nguồn rác hữu cơ, giảm phát thải khí nhà kính, giảm quá tải cho

hạ tầng quản lý rác thải sinh hoạt

2 Mục đích và yêu cầu

Tái sử dụng rác chất thải nhằm bảo vệ môi trường cũng như mang lại lợi ích kinh tế, tạo ra một sản phẩm mới có lợi ích tốt nhất

3 Phương pháp nghiên cứu

Có nhiều phương pháp nghiên cứu trong đó có một số phương pháp nghiên cứu chính: phương pháp logic, phương pháp tư duy biện chứng, phương pháp thống kế, phương pháp thực nghiệm

4 Kết quả

Tạo ra sản phẩm nước ngâm rửa mang tính mới, làm giảm giá thành sản phẩm hơn

Qua đề tài giúp cho ta hiểu được nhiều về rác thải thực vật và lợi ích của tái chế rác thải Đặc biệt là tái chế rác thải thực vật thành dung dịch ngâm rửa sinh học bằng công nghệ vi sinh

II Giả thuyết khoa học

Nếu dự án “Dung dịch ngâm rửa sinh học bằng công nghệ vi sinh từ vỏ

dứa” thành công sẽ là giải pháp ứng dụng khoa học kỹ thuật vào trong đời sống,

góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế; tạo ra sản phẩm hàng hóa mang tính công

nghệ, có sức cạnh tranh, giảm thiểu rác thải vào cộng đồng, đặc biệt an toàn cho con người và môi trường sống

III Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1 Công trình nghiên cứu ngoài nước

Tác dụng làm sạch của enzym hữu cơ đã được đề xuất và chứng minh lần đầu tiên bởi tiến sĩ Rosukon Poompanvong – nhà sáng lập hiệp hội nông nghiệp hữu cơ Thái Lan Khi còn học đại học, bà đã nghiên cứu và chiết xuất thành công enzyme tự nhiên từ nguyên liệu phế thải nhà bếp ( các loại vỏ trái cây, rau,

củ, …) Vỏ dứa sau khi được rửa sạch sẽ được ngâm ủ theo tỉ lệ: 1: 3 : 10 ( tức

là 1 lít rỉ mật : 3 kg vỏ dứa : 10 lít nước)

Theo tiến Rosukon Poompanvong “ quá trình xúc tác sản xuất enzyme sẽ tạo ra khí Ozon (O3) làm giảm carbon dioxide trong khí quyển và các kim loại nặng trong đám mây giữ nhiệt, từ đó làm giảm sự nóng lên trên toàn cầu” Bà cũng dùng thực nghiệm chứng minh enzyme ứng dụng tốt trong nông nghiệp, gia đình, y tế, môi trường, mang lại cuộc sống xanh thực sự Công trình nghiên cứu gắn liền với thực nghiệm kéo dài 30 năm, bà đã được trao giải thưởng xuất sắc cho lĩnh vực nông nghiệp hữu cơ của văn phòng FAO Bangkok 2003

1.2 Công trình nghiên cứu trong nước

Ở nước ta có nhiều công trình công bố về việc nghiên cứu sản xuất các chế phẩm sinh học từ vỏ trái cây, các công trình công bố tập trung trong các lĩnh vực chế tạo xà phòng, nước rửa chén và khả năng ứng dụng của enzyme Nổi bật như: Chế phẩm sinh học từ vỏ trái cây đã được Công ty TNHH Công nghệ sinh học Fuwa Biotech nghiên cứu ứng dụng công nghệ enzyme từ vỏ dứa kết hợp với một số loại vỏ trái cây giàu vitamin, tinh dầu khác như cam, chanh, bưởi Công ty do chị Bùi Thị Bích Ngọc sinh năm 1987, ở Thanh Hóa thành lập chuyên nghiên cứu, sản xuất ra các chế phẩm tẩy rửa sinh học Quy trình biến vỏ dứa thành sản phẩm nước tẩy rửa được tiến hành như sau: vỏ dứa sau khi thu gom về được tách, sàng lọc kỹ rồi trộn cùng đường vàng, khuấy đều trong nước sạch để tạo dung môi ngâm ủ

Dung dịch ngâm rửa sinh học của chúng em sử dụng nguyên liệu tự nhiên gồm: vỏ dứa, vỏ bưởi kết hợp với nguồn vi sinh vật có trong trà Kombucha

2 Sơ lược về các nguyên liệu được sử dụng tạo dung dịch ngâm rửa sinh học

2.1 Trà Kombucha

Trà Kombucha còn được gọi là trà thủy sâm, trà nấm hay trà Mãn Châu

Là thức uống lên men bởi nước trà đường do sự cộng sinh của quần thể nấm men và vi khuẩn ( SCOBY) Kombucha gồm 2 phần chính là pha lỏng và lớp màng nổi xenlulose, có vị hơi ngọt, hơi chua Chất nền sử dụng để làm trà Kombucha có thể trà xanh hoặc trà đen nhưng trà đen và đường sucrose được coi là chất nền tốt nhất cho quá trình lên men

Đã có rất nhiều tài liệu nghiên cứu về trà Kombucha, bắt đầu từ khoảng những năm 1994 cho thấy trà Kombucha ngày càng được biết đến và được tìm

ra nhiều hơn, với hệ vi sinh vật phong phú, đa dạng và lợi ích sức khỏe mà nó mang lại, đã được chứng minh bởi nghiên cứu khoa học và thực nghiệm Kombucha có những tác dụng tốt đối với sức khỏe vì nó chứa nhiều acid hữu cơ

có lợi như:

- Acid glucuronic (GA): một loại acid quan trọng nhất, bởi khả năng giải độc GA giúp gan giải độc bằng cách kết hợp với cấc chất thải, độc tố sinh ra từ các dược phẩm và ô nhiễm môi trường rồi chuyển hóa chúng thành các hợp chất

dễ hòa tan mà cơ thể có thể dễ dàng đẩy ra ngoài Ngoài ra GA còn chống lại các bệnh nhiễm nấm như candida và bệnh tưa miệng

- Acid acetic: có khả năng ức chế các vi khuẩn có hại như vi khuẩn gram

âm và vi khuẩn gram dương

- Acid usnic: kháng sinh tự nhiên có thể chống lại nhiều virus một cách hiệu quả

- Acid oxalic: khuyến khích việc sản xuất các tế bào năng lượng và chất bảo quản tự nhiên

- Acid malic: giúp giải độc gan

- Acid butyric: kết hợp với gluconic củng cố thành ruột chống lại các bệnh

về nấm

- Chất polyphenol trong trà có khả năng kìm hãm quá trình oxy hóa tế bào trong cơ thể, đồng thời còn giúp cơ thể chống các bệnh về tim mạch

- Ngoài ra các vitamin, axit amin trong Kombucha có tác dụng bồi bổ sức khỏe ( Vijayaraghavan et al., 2000)

Với các tác dụng tốt như vậy nên Kombucha được dùng khá phổ biến Ở nước ta Kombucha chưa được ứng dụng rộng rãi mà chỉ dùng chế biến các loại nước uống do người dân tự làm Do đó việc tạo ra thêm các sản phẩm mới từ Kombucha là rất cần thiết

2.2 Vỏ quả dứa

Dứa (Ananas comosus) thuộc họ Bromeliaceae, là một trong những cây

ăn quả thương mại quan trọng nhất với nhiều lợi ích về sức khỏe con người Nhờ hương và vị tuyệt vời nên dứa được mệnh danh là nữ hoàng của các loại

trái cây Trong thành phần của quả dứa có rất nhiều chất dinh dưỡng có lợi: các

vitamin, khoáng chất đến các acid hữu cơ và enzyme sinh học… Dứa không chỉ đơn thuần là một loại quả được dùng làm thực phẩm, trái cây này còn có nhiều vai trò và ứng dụng khác nhờ thành phần enzyme dồi dào có ở bên trong Trong

số đó, dưỡng chất được đánh giá vai trò quan trọng nhất là enzyme bromelain

Enzyme bromelain trong quả dứa là 1 hỗn hợp bao gồm các enzyme phân giải protein (sulfhydryl protease ) và một số chất khác với hàm lượng nhỏ hơn Enzyme bromelain được phát hiện từ giữa thế kỷ 19 nhưng mới được nghiên cứu từ giữa thế kỷ 20 Ở nước ta nghiên cứu về bromelain được bắt đầu từ những năm 1968 – 1970 Bromelain là nhóm proteaza thực vật được thu nhận từ

họ Bromeliaceae, được tìm thấy trong toàn bộ cây dứa cũng như trong các phế phụ phẩm của dứa Đây là enzyme được ứng dụng rộng rãi trong y học và chế biến thực phẩm bởi nó có nhiều vai trò quan trọng:

- Bromelain là nhóm endoprotease có khả năng phân cắt các liên kết peptid nội phân tử protein để chuyển phân tử protein thành các đoạn nhỏ peptide

- Thành phần chủ yếu của Bromelain có chứa nhóm sulfhydryl thủy giải protein

- Chống viêm đường ruột , làm tang khả năng đề kháng của cơ thể

2.3 Vỏ quả bưởi

Tính chất dược lý của vỏ quả bưởi:

Thành phần hóa học: vỏ rất giàu chất narin- gosid do đó có vị đắng, trong

vỏ có tinh dầu bưởi Tinh dầu bưởi có d- limonene, a- pinen, linalool, geraiol, citrol, alcol, pectin, acid citric

Tính vị, tác dụng: các loại tinh dầu trong bưởi (d- limonene, a- pinen, linalool, geraiol, citrol, alcol, pectin, acid citric) có tác dụng tẩy rửa các loại cặn bẩn, dầu mỡ, ngoài ra còn có mùi thơm dễ chịu được sử dụng trong các loại dược liệu thư giãn, giảm stress; giúp cân bằng độ pH trên da, có thể nuôi dưỡng làn da và giúp hình thành collagen để thay thế da lão hóa, giảm sản xuất melanin trên da; mùi hương của tinh dầu bưởi gây tê liệt thần kinh của muỗi…

IV Thiết kế và phương pháp nghiên cứu

1 Tiến trình

1.1 Kế hoạch nghiên cứu

hành

1

Nghi n t ng q n t i i

- Tìm hiểu những nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam

các sản phẩm tẩy rửa tự nhiên về quy trình, các yếu tố

ảnh hưởng và giá thành sản phẩm

- Tìm hiểu các enzim, hoạt chất có trong dứa, vỏ bưởi

và hệ vi sinh vật hoạt động trong Kombucha

- Khảo sát thành phần các nguyên liệu ảnh hưởng đến

chất lượng của dung dịch ngâm rửa thực phẩm

Từ 10/9/2023 đến 15/9/2023

2

Nghiên c u, khảo sát thực tế đị phương:

- Khảo sát điều kiện thực tế để tạo ra dung dịch ngâm

rửa sinh học qua một số chỉ tiêu sau:

Tình hình sử dụng và xử lí các phế phẩm nông

nghiệp ở địa phương và trên cả nước

Khó khăn trong việc xử lý nguồn rác từ vỏ trái cây,

rau, củ và ảnh hưởng xấu của việc sử dụng các hóa chất

tẩy rửa hằng ngày của người dân

+ Tham khảo phương pháp sản xuất các chế phẩm sinh

học từ vỏ trái cây

Tìm hiểu việc ứng dụng công nghệ vi sinh vào trong

phòng chống vi sinh vật gây hại

Từ 16/9/2023 đến 20/9/2023

- Phân tích ưu, nhược điểm của các sản phẩm tẩy rửa

hiện có trên thị trường

3

Giải pháp thay thế:

+ Sử dụng Kombucha kết hợp enzyme trong vỏ quả để

xử lí nấm mốc, vi sinh vật hại, loại bỏ mùi có trong

thực phẩm

Sử dụng nguồn lợi khuẩn, các enzyme hữu cơ để thay

thế hóa chất tẩy rửa, thân thiện với môi trường, không

ảnh hưởng đến sức khỏe con người

+ Thiết kế quy trình, xử lí mẫu và tiến hành điều chế

dung dịch ngâm rửa sinh học từ vỏ trái cây kết hợp vi

sinh vật trong trà Kombucha

Đánh giá chất lượng của sản phẩm trên các tiêu chí:

khả năng làm sạch, độ kích ứng da

21/9/2023 đến 10/12/2023

4 Tổng hợp tài liệu, viết báo cáo hoàn thiện sản phẩm Từ 11/12-

19/12/2023

1.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp lý luận

+ Nghiên cứu về lý thuyết về các thành phần các chất có trong vỏ dứa, vỏ bưởi,…

+ Thành phần các chủng vi sinh vật trong Kombucha

+ Lý thuyết về quá trình tổng hợp và phân giải các các chất ở vi sinh vật + Cơ chế hoạt động của ezim bromelain

+ Các biện pháp ngăn cản hoạt động của vi sinh vật gây hại

+ Quy trình sản xuất các chế phẩm sinh học trong nước và ngoài nước + Quy trình sản xuất các sản phẩm tẩy rửa tự nhiên có bán trên thị trường

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

+ Nghiên cứu các nguyên liệu sinh học là vỏ dứa, vỏ bưởi, kombucha và công thức pha chế để đảm bảo chất lượng, thời gian bảo quản

+ Thực nghiệm các thí nghiệm, thực nghiệm để kiểm tra độ an toàn, tính hiệu quả của sản phẩm

1.3 Quy trình

1.3.1 Nuôi Scoby trong trà Kombucha

- Nguyên liệu: Trà Kombucha được hình thành do quá trình lên men có sự góp mặt của hệ vi sinh vật với các loại chất nền như trà, đường sucrose

Trà

Đường sucrose Trong quá trình lên men, nấm men phân giải đường sucrose thành fructose và glucose để sử dụng, sinh khí CO2 và ethanol Ethanol sau đó bị oxy hóa bởi vi khuẩn thành acetaldehyt và sau đó thành acid acetic

Con giống Scoby

Nước: 1 lít

Bình thủy tinh miệng rộng: dung tích 3 - 5 lít

Nuôi theo tỉ lệ: 1 lít nước 4gr trà 100gr đường sucrose + con giống Scoby

- Quy trình: Đun sôi nước  cho trà vào ngâm 5 phút  cho đường khuấy tan

lọc lấy dung dịch  để nguội  cho con giống Scoby  lên men  sản phẩm

1.3.2 Quy trình sản xuất dung dịch ngâm rửa sinh học

Nguyên liệu: Để sản xuất được 5 lít dung dịch ngâm rửa sinh học chúng tôi đã

sử dụng các nguyên liệu sau: vỏ dứa , vỏ bưởi, trà Kombucha, nước sạch

Nguyên liệu ban đầu được làm sạch để loại đi các chất bẩn, giúp quá trình lên men được dễ dàng, tránh nguyên liệu bị hỏng

Quy trình:

Bước 1: Chọn và xử lí nguyên liệu

- Rửa sạch vỏ bưởi, dứa dưới vòi nước

- Cắt nhỏ vỏ bưởi, dứa nhỏ để quá trình lên men được thuận tiện