Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất phân bón dạng nước từ nguồn nguyên liệu bã men bia

DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Danh mục dụng cụ, hóa chất, thiết bị nghiên cứu ...31Bảng 4.1: Thành phần hóa học của bã men bia ...41Bảng 4.2: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của loại enzyme tới c

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên Ngành : Công nghệ Thực phẩm Lớp : K46 - CNTP

Khoa : CNSH – CNTP Khóa học : 2014 – 2018

Thái Nguyên - 2018

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên Ngành : Công nghệ Thực phẩm Lớp : K46 - CNTP

Khoa : CNSH – CNTP Khóa học : 2014 – 2018 Người hướng dẫn : ThS Đinh Thị Kim Hoa

Thái Nguyên - 2018

đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em trong suốt quá trình thực hiện

và hoàn thành khóa luận này

Cũng nhân dịp này, em xin được gửi lời cảm ơn đến ThS Đinh Thị Kim Hoa đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn giúp em thực hiện và hoàn thành tốt khóa luận.

Cuối cùng, em xin cảm ơn toàn thể gia đình, bạn bè đã hết lòng động viên,giúp đỡ tạo điều kiện về vật chất và tinh thần cho em trong suốt quá trình học tập vàthực hiện khóa luận

Do còn nhiều hạn chế về trình độ, cũng như kinh nghiệm thực tế của bảnthân nên không tránh khỏi những sai xót trong quá trình thực hiện và hoàn thành đềtài Em rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của quý Thầy, Cô giáo và các bạn đểkhóa luận của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày… tháng….năm 2018

Sinh viên

Dương Thị Sao Mai

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Danh mục dụng cụ, hóa chất, thiết bị nghiên cứu 31Bảng 4.1: Thành phần hóa học của bã men bia 41Bảng 4.2: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của loại enzyme tới chất lượng phân bón

dạng nước thông qua đặc điểm sinh trưởng của giống dưa lưới AB –Nhật Bản 42Bảng 4.3: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của loại chế phẩm EM tới chất lượng phân

bón dạng nước thông qua đặc điểm sinh trưởng của giống dưa lưới AB –Nhật Bản 43Bảng 4.4: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn enzyme và EM tới chất

lượng phân bón dạng nước thông qua đặc điểm sinh trưởng của giốngdưa lưới AB - Nhật Bản 44Bảng 4.5: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ nước bổ sung tới chất lượng phân

bón dạng nước thông qua đặc điểm sinh trưởng của giống dưa lưới AB –Nhật Bản 45Bảng 4.6: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ủ EM và enzyme tới chất

lượng phân bón dạng nước thông qua đặc điểm sinh trưởng của giốngdưa lưới AB – Nhật Bản 46Bảng 4.7: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ủ EM và enzyme tới chất

lượng phân bón dạng nước thông qua đặc điểm sinh trưởng của giốngdưa lưới AB – Nhật Bản 47

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Thứ hạng của Việt Nam trong top 25 quốc gia tiêu thụ bia nhiều nhất

thế giới 7

Hình 2.2: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất phân bón từ nguyên liệu hữu cơ 13

Hình 2.3: Sơ đồ quy trình sử dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp thành phân bón hữu cơ sinh học .14

Hình 2.4: Quá trình thủy phân đầu cá ngừ bằng enzyme protamex 15

Hình 2.5: Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ VSV từ nguyên liệu hữu cơ 16

Hình 2.6: Mô hình enzyme proteaza 24

Hình 2.7: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến phản ứng thủy phân của enzyme 25

Hình 2.8: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến phản ứng thủy phân enzyme 26

Hình 4.1 Sơ đồ quy trình sản xuất phân bón nước từ bã men bia 49

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ii

DANH MỤC BẢNG iii

DANH MỤC HÌNH iv

MỤC LỤC v

Phần 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 3

1.2.1 Mục tiêu tổng quát 3

1.2.2 Mục tiêu cụ thể 3

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

1.3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 3

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Tổng quan về bã men bia 4

2.1.1 Khái niệm và nguồn gốc 4

2.1.2 Cấu tạo của tế bào nấm men 4

2.1.3 Sản lượng bia của Việt Nam trong những năm gần đây 7

2.1.4 Thành phần dinh dưỡng của bã men bia 8

2.1.5 Các định hướng tận dụng bã men bia 10

2.2 Tổng quan về phân bón hữu cơ 11

2.2.1 Các khái niệm về phân bón hữu cơ 11

2.2.2 Tầm quan trọng của phân bón hữu cơ 12

2.2.3 Một số quy trình sản xuất phân bón hữu cơ 12

2.2.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu phân bón dạng nước trong nước 17

2.2.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu phân bón dạng nước trên thế giới 17

2.3 Tổng quan về các chế phẩm EM 18

2.3.1 Giới thiệu chung về chế phẩm EM 18

2.4 Tổng quan về hệ enzym thủy phân 23

2.4.1 Hệ enzyme proteaza 23

2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein bằng enzyme protease 25

2.4.3 Enzyme Bromelain 27

2.4.4 Enzyme thương mại Neutral 29

2.4.5 Enzyme Alcalase 29

Phần 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 31

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 31

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 31

3.1.3 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 31

3.2 Nội dung nghiên cứu 32

3.3 Phương pháp nghiên cứu 33

3.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 33

3.3.2 Phương pháp phân tích hoá lý 36

3.3.3 Phương pháp xác định tốc độ tăng trưởng của dưa lưới AB – Nhật Bản 40

3.3.4 Các phương pháp xử lý số liệu 40

Phần 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 41

4.1 Kết quả phân tích một số thành phần hóa học cơ bản của bã men bia 41

4.2 Kết quả nghiên cứu lựa chọn loại enzyme phù hợp cho thủy phân bã men bia phục vụ sản xuất phân bón dạng nước 41

4.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của loại chế phẩm EM tới chất lượng phân bón dạng nước 43

4.4 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn enzyme và EM tới chất lượng phân bón dạng nước 44

4.5 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ nước bổ sung tới chất lượng phân bón dạng nước 45

4.6 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ủ chế phẩm EM và enzyme tới

chất lượng phân bón dạng nước 46

4.7 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ủ EM và enzyme tới chất lượng phân bón dạng nước 47

4.8 Hoàn thiện quy trình sản xuất phân bón dạng nước 49

Phần 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

5.1 Kết luận 50

5.2 Kiến nghị 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC 1 KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU

1

Trước đây, nước ta sản xuất nông nghiệp theo hình thức truyền thống, tậndụng được nguồn phế phụ phẩm quay vòng ngược trở lại để làm phân bón nênlượng rác thải ra môi trường ít vẫn đáp ứng được khả năng tự làm sạch của môitrường đất Từ 1990 đến nay, do chủ trương chính sách của nhà nước đẩy mạnhphát triển nông nghiệp, nền nông nghiệp nước ta đã có những phát triển nhảy vọtnhư là năng suất cây trồng tăng lên vượt bậc, chất lượng sản phẩm cũng gia tăng.Bên cạnh đó cũng có những mặt trái của nó, đó là lượng phân bón hóa học sử dụngngày một gia tăng, lượng phế phụ phẩm thải ra môi trường nhiều mà không được tái

sử dụng làm cho môi trường ngày càng ô nhiễm, đất không được trả lại dinh dưỡngtrở nên bạc màu, kết cấu đất bị phá vỡ, sinh học đất dần dần mất đi, một số loạiphân bón có chứa một số chất gây độc hại cho cây trồng và cho con người như cáckim loại nặng hoặc các vi sinh vật gây hại, các chất kích thích sinh trưởng vượt quámức quy định Các kim loại nặng có trong phân bón gồm Asen (As), Chì (Pb), Thuỷ

ngân (Hg) và Cadimi (Cd), các vi sinh vật gây hại có trong phân bón gồm: E Coli, Salmonella, Coliform là những loại gây nên các bệnh đường ruột nguy hiểm Trước

thực trạng hiện nay, thì cần phải tìm ra những giải pháp thay thế hữu hiệu và hạnchế việc sử dụng phân bón vô cơ

Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới bắt đầu nhận thức rằng cácnguồn nguyên liệu phế phụ phẩm thực sự là nguồn tài nguyên đang hàng ngày hànggiờ chưa được khai thác và sử dụng hoặc sử dụng chưa hiệu quả gây tổn thất đếnnền kinh tế Vấn đề đặt ra là phải làm như thế nào để có thể tận dụng được nguồnnguyên liệu phế phụ phẩm một cách có hiệu quả, vừa xử lý được ô nhiễm môitrường vừa giải quyết được các vấn đề dinh dưỡng cho cây trồng và cải tạo đất

Theo các nhà nghiên cứu trước đó đã cho thấy, phân bón dạng nước được sản xuất

từ nguồn nguyên liệu phế phụ phẩm nông nghiệp không chứa độc tố và được nhiềunghiên cứu chứng minh có tác động tích cực trong việc cải thiện cấu trúc đất, tăngkhả năng giữ nước, thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển hệ vi sinh vật có lợi trongđất Do đó phân bón dạng nước được sản xuất từ nguồn nguyên liệu phế phụ phẩmnông nghiệp sẽ là giải pháp thay thế hữu hiệu và hạn chế việc sử dụng phân bón vô

cơ hiện nay

Trong nhiều năm trở lại đây ngành công nghệ sản xuất và thị trường tiêu thụbia ngày càng phát triển, sản lượng bia được tạo ra với số lượng lớn, kéo theo lượng

bã bia thải ra cũng tăng Bã men bia chứa rất nhiều tế bào nấm men, và trong tế bàonấm men lại chứa rất nhiều các chất dinh dưỡng có giá trị nổi bật như protein vàvitamin, đặc biêt là các vitamin nhóm B Hàm lượng protein của nấm men dao độngtrong khoảng từ 40 - 60% vật chất khô tế bào Về tính chất thì protein của nấm mengần giống protein có nguốn gốc từ động vật, chứa khoảng 20 axit amin, trong đó có

đủ các axit amin thiết yếu Đối với các nhà máy sản xuất bia ở nước ngoài bã menbia được dùng để tạo ra men chiết xuất được và sử dụng như là một chất điều vịtrong chế biến thực phẩm hay làm thành phần cung cấp nitrogen và các chất kíchthích sinh trưởng cho môi trường nuôi cấy vi sinh

Ở Việt Nam nói chung và nhà máy sản xuất bia Vicoba Thái Nguyên nóiriêng, bã men bia chưa được sử dụng một cách có hiệu quả mà chỉ thải ra môitrường bên ngoài, điều này gây ô nhiễm môi trường vì chất thải men bia có hàmlượng COD rất cao Vì vậy việc nghiên ứng dụng kỹ thuật xử lý bã men bia và kỹthuật sản xuất các sản phẩm từ bã men bia thì sẽ giải quyết được rất nhiều vấn đềnhư: Giảm ô nhiễm môi trường, chủ yếu là ô nhiễm nước thải, đem lại hiệu quảkinh tế giảm giá thành bia nhờ giảm chi phí đầu tư vào máy móc xử lý chất thải vàtận dụng hiệu quả các sản phẩm phụ để tạo ra nguồn thực phẩm có giá trị dinhdưỡng cao

Xuất phát từ những vấn đề trên, em tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất phân bón dạng nước từ nguồn nguyên liệu bã men

bia” nhằm góp phần vào việc đưa ra dạng phân bón mới có giá trị sử dụng cao vào

sản xuất và đáp ứng được nhu cầu sản xuất nông nghiệp trong nước

1.2 Mục tiêu của đề tài

- Nghiên cứu lựa chọn tỉ lệ nước bổ sung, thời gian ủ chế phẩm EM vàenzyme thích hợp;

- Hoàn thiện quy trình sản xuất phân bón dạng nước từ bã men bia

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Nghiên cứu được khả năng thủy phân protein có trong bã men bia thànhcác protein ngắn mạch, oligopeptit, axit amin của 2 loại chế phẩm EM và 3 loạienzyme thương mại;

- Nghiên cứu được ảnh hưởng của thành phần protein hòa tan sau thủy phân

bã men bia tới sự phát triển của giống dưa lưới - AB Nhật Bản

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Tận dụng được phế phụ phẩm của nhà máy bia để tạo ra được loại phânbón dạng nước phù hợp cho các loại cây được trồng theo công nghệ cao, công nghệnhà kính

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về bã men bia

2.1.1 Khái niệm và nguồn gốc

Quá trình sản xuất bia thải ra rất nhiều loại phế liệu: Phế liệu hạt, mầm malt,

bã malt, cặn protein, nấm men bia và CO2 Ngoài CO2 là nguồn phế liệu có thể tái

sử dụng để tăng chất lượng bia thì bã malt, mầm malt và nấm men bia là nguồn phếliệu có ý nghĩa quan trọng trong thực phẩm và thức ăn gia súc cả về số lượng và giátrị dinh dưỡng Bã nấm men bia là một phế phẩm của sản xuất, được nằm lại trongcác thùng lên men và các hầm chứa sau khi lên men chính và lên men phụ Men bia

có giá trị dinh dưỡng cao và chữa bệnh tốt

Bã men bia (hay còn gọi là nấm men bia) thuộc loài Saccharomyces cerviside, có hoạt tính enzyme invertase (EC 3.2.1.26) Enzyme này thường tập

trung chủ yếu ở trong lớp không gian chứa tế bào nấm men [10]

Chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường nướcmạch nha như các loại đường hòa tan, các hợp chất nitơ (các axit amin, peptit),vitamin và các nguyên tố vi lượng … qua màng tế bào Sau đó, thông qua hàng loạtcác phản ứng hóa sinh mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để chuyển hóa cácchất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấmmen Nấm men bia là loài hô hấp yếm khí tùy tiện Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng

và phát triển tối ưu cho đa số các chủng này là 25 - 30oC và ngừng hoạt động ởnhiệt độ 40oC và tới 50 - 60oC thì nấm men bị chết [14],[22]

2.1.2 Cấu tạo của tế bào nấm men

a Đặc điểm hình thái

Tế bào nấm men có hình dạng và kích thước đa dạng, phụ thuộc vào giống,loài Tế bào nấm men thường có hình ovan hoặc hình cầu, khi nấm men già có hìnhovan dài hoặc hình sợi [14] Tùy vào chủng nấm men mà tế bào có kích thước khác

nhau So với các vi sinh vật khác tế bào nấm men có kích thước tương đối lớn:đường kính khoảng 7µm và chiều dài từ 8 - 12µm [22].

b Đặc điểm cấu tạo

Tế bào nấm men là tế bào có nhân thật được cấu tạo từ các thành phần chủ yếu sau:

- Thành tế bào:

Thành tế bào nấm men dày khoảng 15 - 25nm, có độ bền chắc, có nhiều lỗ nhỏ

li ti đường kính khoảng 3,6 nm để chất dinh dưỡng có thể đi qua Trong thành tếbào có chứa 10% protein (tính theo khối lượng chất khô), trong số protein này cómột phần là các enzym Trên thành tế bào còn thấy một lượng lipit nhỏ [14]

Thành tế bào được cấu tạo gồm có ba lớp: Lớp trong cùng có cấu tạo từ β Glucan không tan trong kiềm, lớp giữa cấu tạo từ β - Glucan hòa tan, lớp ngoàicùng được cấu tạo từ mannanphosphoryl, ngoài ra còn có kitin Mannan là hợp chấtcao phân tử của D - mananoza, rất phân nhánh Thường mannan liên kết với proteintheo tỷ lệ 2:1 tạo thành hợp chất polyme peptidomannan - có vai trò trong việc kếtlắng của nấm men vì có khả năng gắn với ion Ca2+ nhờ nhóm phosphat hoặc nhómcacboxyl của nó Glucan là hợp chất cao phân tử của D - glucoza có cấu trúc phânnhánh góp phần tạo nên độ cứng cho thành tế bào Giữa lớp ngoài cùng và lớp giữa

-có chứa các enzym: Invertaza, phosphataza, β - glucosidaza, proteaza… Kitin làhợp chất cao phân tử của N - acetylglucosamin thường tập trung ở phía bầu mô, rấtbền vững, không bị phá hủy nên có tác dụng bảo vệ chồi khi chồi còn non Hàmlượng của chúng trong tế bào khoảng 1% [14],[22]

- Màng nguyên sinh chất

Màng nguyên sinh chất nằm sát tế bào, chiều dày không quá 0,1nm, thànhphần chủ yếu là: Protein, phospholipit, enzym permeaza [14] Đây là một màng bánthấm điều chỉnh sự thấm qua tế bào các chất dinh dưỡng cần thiết và có lợi cho tếbào (đường đơn giản, nitrogen, phosphorous…) đồng thời thải ra ngoài các chất cặn

bã (CO2, rượu, axit…)

- Nguyên sinh chất

Nguyên sinh chất là hệ keo được cấu tạo chủ yếu từ protein, hydratcacbon, lipit, chất khoáng, nước và các hợp chất khác Nước trong tế bào chất chiếm tới90% ở dạng tự do để hòa tan các chất trước khi tham gia vào các phản ứng trao đổichất và dạng liên kết Nguyên sinh chất thường có màu xám và có thể thay đổi trongquá trình sinh trưởng, phát triển của nấm men Lúc tế bào còn non, nguyên sinh chấttương đối đồng nhất, càng về già nguyên sinh chất càng không đồng nhất do xuấthiện nhiều không bào, các giọt chất béo, các hạt polyphosphat và lipoit [19].Nguyên sinh chất có nhiệm vụ hòa tan các chất dinh dưỡng và liên kết các cơ quanvới nhau, là nơi xảy ra các phản ứng sinh hóa nội bào

- Nhân: Tế bào nấm men có nhân thật, nhân thường có hình bầu dục hoặc hìnhcầu Nhân tế bào nấm men được bao bọc bởi một vỏ có có hai màng: Màngphía trong có tác dụng giới hạn nhân, màng phía ngoài liên hệ mật thiết vớimạng lưới nội chất Trong nhân chứa ADN, ARN và 16 đôi nhiễm sắc thể [14]

- Mạng lưới nội chất

Ở nấm men mạng lưới nội chất có chiều dày khoảng 40 - 50 µm [22] Trên bềmặt của chúng có định vị nhiều loại enzyme khác nhau Mạng lưới nội chất có vaitrò quan trọng trong việc vận chuyển và đồng hóa thức ăn ở tế bào nấm men

- Không bào

Trong mỗi tế bào nấm men có một hoặc nhiều không bào [14] Không bào cótính thẩm thấu cao, là nơi tích lũy các sản phẩm trao đổi chất trung gian, các enzymethủy phân, enzyme oxy hóa - khử, các polyphosphat, lipit, các hợp chất trung giancủa tế bào có phân tử lượng thấp và các ion kim loại [22] Ngoài tác dụng của mộtkho dự trữ, không bào còn có chức năng điều hòa áp suất thẩm thấu của tế bào

- Ty thể: Ty thể được xem như nhà máy cung cấp năng lượng cho tế bào hoạtđộng Ty thể chứa nhiều enzyme khác nhau như: Oxydaza, xytocromoxydaza,peroxydaza, phosphataza…Ty thể của nấm men có cấu tạo chủ yếu từ khoảng 30%chất béo và 60 - 70% protein, trong số protein này có khoảng 25 - 75% ở dạngprotein cấu trúc [14]

- Bộ máy Golgi: Có vai trò trong việc đào thải các sản phẩm dị hóa và có liênquan đến quá trình sinh tổng hợp các bộ phận của thành tế bào.

2.1.3 Sản lượng bia của Việt Nam trong những năm gần đây

Tốc độ tiêu thụ bia của Việt Nam trong những năm gần đây có xu hướngtăng mạnh, đây là một yếu tố tích cực cho các doanh nghiệp sản xuất bia Theo báocáo của Bộ Công Thương, sản lượng bia năm 2016 của Việt Nam là 3,8 tỷ lít bia,tăng 11,2% so với năm 2015 và tăng gấp 3 lần so với năm 2006, nhờ tăng trưởngkinh tế nhanh và tỷ lệ dân số trẻ cao Như vậy, tính trung bình mỗi người Việt uống

42 lít bia, tăng khoảng 4 lít so với năm 2015 Với lượng tiêu thụ này, Việt Nam đứng thứ ba châu Á, sau Nhật Bản và Trung Quốc

Theo báo cáo của Hiệp hội Bia - rượu - nước giải khát Việt Nam cho thấynăm 2017, lượng bia các loại tiêu thụ trên cả nước đạt hơn 4 tỉ lít, tăng 6% so vớinăm 2016 Dự báo mức tiêu thụ này sẽ còn tiếp tục gia tăng vì theo quy hoạch của

Bộ Công thương, đến năm 2035, cả nước sản xuất khoảng 5,5 tỉ lít bia và dự kiếnvới dân số khi đó ở mức 105 triệu người thì trung bình mỗi người dân Việt sẽ uống

52 lít bia mỗi năm

Hình 2.1: Thứ hạng của Việt Nam trong top 25 quốc gia tiêu thụ bia

nhiều nhất thế giới

(Nguồn: Kirin Beer University Report Global Beer Production by Country in 2015)

Với một ngành bia non trẻ, dân số có tỷ trọng người trong độ tuổi lao độngcao và thu nhập bình quân đầu người đang trong đà tăng đều đặn, Việt Nam đượcđánh giá là một thị trường tiêu thụ bia đầy tiềm năng Tăng trưởng của ngành biaViệt Nam được kỳ vọng sẽ duy trì ở con số CAGR 6% trong giai đoạn 2015-2020,cao hơn mức CAGR của Châu Á là 3,09%.

2.1.4 Thành phần dinh dưỡng của bã men bia

Người ta chia các hợp chất trong tế bào nấm men ra thành nước và các chấtkhô gồm: Protein, gluxit, lipit, tro, vitamin, nguyên tố vi lượng và một số chất cóhoạt tính sinh học

a Protein

Protein là thành phần quan trọng nhất của tế bào nấm men, chiếm chủ yếutrong phần chất khô của tế bào, thường là 40 - 60% trọng lượng chất khô, gồmprotein đơn giản và protein phức tạp (lipoprotein và nucleprotein) [5] Protein ở hầuhết các bộ phận của tế bào nấm men trong đó tập trung chủ yếu ở vách tế bào và ởmàng nguyên sinh chất của tế bào (chiếm 10% trọng lượng khô của vách tế bào và50% trọng lượng khô của màng nguyên sinh chất) [22] Về tính chất, protein củanấm men gần giống protein nguồn gốc động vật, có chứa khoảng 20 loại axit amin,trong đó có đủ các loại axit amin không thay thế với thành phần cân đối hơn so vớilúa mì, ít hơn so với sữa bột, bột cá và các sản phẩm động vật nói chung [7],[14],[17]

b Gluxit

Gluxit chiếm 10 - 30% chất khô tế bào nấm men, trong đó 2 - 3% là riboza,còn lại phần lớn là các polysaccarit thường gặp như: Glycogen, trehaloza, mana,glucan, kitin, xenluloza, hemixenluloza và D - mananoza [11] Manan, glucan là haithành phần hóa học chủ yếu của vách tế bào, ngoài ra còn có kitin là thành phầnhidratcacbon lớn thứ ba trong thành tế bào và là một polyme của N acetyl –glucosamin [14],[22]

c Lipit

Lipit phụ thuộc vào thành phần môi trường thức ăn và loài nấm men Cókhoảng 1 - 3% lipit ở dạng trung tính như: Các este phức tạp của glyceryl, lipit,phospholipit, steroit, và các axit béo bậc cao [11] Lipit trong tế bào ở dạng tự dohay kết hợp Chúng đóng vai trò quan trọng vì trong nguyên sinh chất chúng liênkết với nhau tạo thành hệ sợi mixen hay kết hợp với protein tạo thành lipoprotein,

cơ sở chính để xây dựng nên tế bào

d Vitamin

Nấm men rất giàu vitamin, chủ yếu là vitamin nhóm B và vitamin nhóm D.Trong 1g chất khô của nấm men chứa khoảng: 300μgg vitamin B1, 40μgg vitamin B2,50μgg vitamin B6, 600μgg vitamin PP, 80μgg axit pantotenic, 25μgg axit foleic, 1μggbiotin và 500μgg inozit [10] Ngoài ra trong nấm men còn có vitamin E và nhiều hợpchất khác Tất cả các chất hoạt tính sinh học này được chứa trong nấm men với một

tỉ lệ hết sức hài hòa, chính vì thế mà tác dụng của chúng đến trạng thái sinh lý củacác cơ thể sống là rất rõ nét

e Enzyme

Tế bào nấm men chứa một tập hợp các enzyme rất phong phú, đa dạng nhưenzyme dehydrogenaza, phosphoglycerat kinaza, alcohol dehydrogenaza [11].Các enzym này thường nằm trong một bộ phận nào đó của tế bào như ty thể, nhân,vách tế bào hay hòa tan trong nguyên sinh chất Enzyme trong tế bào gồm hai loạichính: enzyme nội bào và enzyme ngoại bào Enzyme nội bào làm tăng các phản ứnghóa học của các quá trình hô hấp lên men và các phản ứng dẫn đến tạo thành nguyênsinh chất của tế bào Enzyme ngoại bào chuẩn bị thức ăn trong môi trường xungquanh, chuyển các hợp chất không hòa tan thành các chất hòa tan và dễ đồng hóa

f Các nguyên tố khoáng và vi lượng

Ngoài các nguyên tố hữu cơ C, N, O, H, trong tế bào nấm men còn có cácnguyên tố tro P, S, K, Ca, Mg, Fe, Na, Cl, Ba và các nguyên tố vi lượng B, Mo, Zn,

Cu, I [11] Các nguyên tố này tuy chỉ chiếm 2 - 14% tổng lượng chất khô có trong

tế bào nấm men nhưng đóng vai trò vô cùng quan trọng [22]

2.1.5 Các định hướng tận dụng bã men bia

Trong những năm gần đây, ngành công nghệ thực phẩm nói chung và ngànhcông nghệ chế biến rượu, bia nói riêng đã có những bước phát triển rất nhanh đem lạigiá trị to lớn về mặt kinh tế cho đất nước Đi kèm với sự phát triển của ngành côngnghệ chế biến rượu, bia thì phụ phẩm của ngành này cũng ngày một tăng cao Nhiềukết quả nghiên cứu cho thấy phụ phẩm của ngành sản xuất bia, rượu chứa nhiều giátrị dinh dưỡng vẫn còn có thể tiếp tục tái chế để phục vụ các ngành khác như: Làmthức ăn gia súc, làm môi trường nuôi cấy một số nấm men, làm bột dinh dưỡng chotrẻ em… Điều đó giúp giảm đi một lượng rác thải cho môi trường, giảm đi chi phí

xử lí rác thải đồng thời còn làm nguyên liệu đầu vào cho một số ngành khác

Ở Việt Nam, nấm men bia thu được từ các nhà máy bia rất lớn Ước tính trungbình cứ 1000 lít bia thu được 1,5 kg nấm men khô, trong đó chứa khoảng 700gprotein [1] Như vậy, lượng protein có chất lượng cao từ nấm men thải ra của quátrình sản xuất bia nếu tận dụng được là không nhỏ Tuy nhiên, nấm men thải ra từcác nhà máy bia chỉ một phần nhỏ được bán cho các hộ chăn nuôi gia súc sử dụnglàm thức ăn trực tiếp

Với hàm lượng cao về protein cùng những chất có giá trị như: Vitamin và cácchất khoáng, nấm men đóng vai trò quan trọng như là một nguồn bổ sung các chấtdinh dưỡng có giá trị vào thức ăn cho người và cho gia súc, những sản phẩm chếbiến từ nấm men cũng được ứng dụng rộng rãi trong y dược do nó có thể tăngcường sức khỏe cho con người, tăng khả năng chịu đựng và chống đỡ các bệnhtruyền nhiễm, giảm sự mệt nhọc khi làm việc quá sức [22] Ngoài ra nấm men làmột nguồn cung cấp protein đáng kể cho sản phẩm bột dinh dưỡng trẻ em, góp phầnkhắc phục tình trạng thiếu protein và năng lượng trường diễn ở trẻ nhỏ [11]

Trong công nghiệp thực phẩm, nấm men được sử dụng trong công nghiệp sản xuất

bia, rượu, nấm men bánh mỳ để tăng cường mùi vị, giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm.Người ta cũng dùng nấm men để để điều trị một số bệnh thiếu chất dinh dưỡnghoặc bệnh phá hoại cân bằng trao đổi chất ở trong cơ thể Đặc biệt nếu chiếu các tia

tử ngoại vào nấm men người ta sẽ thu được vitamin D - dùng để ngăn chặn bệnh còi

xương ở trẻ em Một số phân tích cho biết trong mỗi gam nấm men khô đã chiếu tia

tử ngoại thường chứa đến 10.000 – 20.000 IU vitamin D [11]

Nấm men còn được dùng để sản xuất các chế phẩm trong công nghiệp dược

và hóa chất như: Vitamin, enzyme, axit nucleic, glutation, các dịch protein hòa tan,các dịch nước chiết của nấm men… Đây là là những chế phẩm có vai trò quantrọng, không những phục vụ cho mục đích nâng cao sức khỏe của con người mà còn

là nguồn nguyên liệu thiết yếu trong ngành công nghệ sinh học

2.2 Tổng quan về phân bón hữu cơ

2.2.1 Các khái niệm về phân bón hữu cơ

Phân bón: Là sản phẩm có chức năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng hoặc

có tác dụng cải tạo đất, trong thành phần chứa một hoặc nhiều yếu tố dinh dưỡng vô

cơ đa lượng, trung lượng, vi lượng, đất hiếm, hữu cơ, axit amin, vitamin, axithumic, axit fulvic, vi sinh vật có ích, có một hoặc nhiều: Chất giữ ẩm, chất hỗ trợtăng hiệu suất sử dụng phân bón; chất điều hòa sinh trưởng thực vật; chất phụ gia;yếu tố hạn chế sử dụng…[21]

Xét về giá trị tổng quát phân bón được định nghĩa là các thành phần dinhdưỡng được con người cung cấp cho cây trồng thông qua rễ hoặc lá giúp cây sinhtrưởng khỏe mạnh, nâng cao năng suất [4]

Theo Nghị định của nhà nước về quản lý phân bón: Phân bón là sản phẩm cóchức năng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng hoặc có tác dụng cải tạo đất đểtăng năng suất, chất lượng cây trồng [3]

Phân bón hữu cơ: Là phân chứa những chất dinh dưỡng ở dạng những hợpchất hữu cơ như: Phân chuồng, phân xanh, phân than bùn, phụ phế phẩm nôngnghiệp, phân rác…[9] Là loại phân có nguồn gốc hữu cơ được sản xuất bằng côngnghệ sinh học (như lên men vi sinh) và phối trộn thêm một số hoạt chất khác để làmtăng độ hữu hiệu của phân hoặc khi bón vào đất sẽ tạo môi trường cho các quá trìnhsinh học trong đất diễn ra thuận lợi góp phần làm tăng năng suất cây trồng Phânnày thường được sản xuất ở dạng bột hoặc dạng lỏng có thể phun lên lá hoặc bóngốc [13]

Phân bón dạng lỏng (phân nước): Là dạng phân dung dịch, có thể dùng để tưới vào gốc, hoặc phun lên thân lá cành (phân bón mùa khô, phân bón lá) [18],[30].

2.2.2 Tầm quan trọng của phân bón hữu cơ

Phân bón hữu cơ đang là một trong những sản phẩm phân bón được ưa chuộngtrên thị trường hiện nay bởi nhiều tác dụng ưu việt sau của nó:

- Cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng;

- Làm tăng quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong đất tạo các chất khoáng cần thiết cho cây trồng hấp thu và phát triển;

- Làm tăng số lượng vi sinh vật hữu ích cho đất và cây trồng;

- An toàn cho cây trồng, giảm việc sử dụng phân hóa học;

- Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường;

- Tăng khả năng giữ nước cho cây trồng

2.2.3 Một số quy trình sản xuất phân bón hữu cơ

2.2.3.1 Quy trình chung sản xuất phân bón hữu cơ

Quy trình công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ thường gồm 4 bước sau:

Bước 1: Sơ chế nguyên liệu

Bước 2: Thủy phân, trung hòa tạo dung dịch hỗn hợp các axít amin Kiểm trahàm lượng thành phần dinh dưỡng

Bước 3: Bổ sung đa, trung, vi lượng cần thiết theo tiêu chuẩn đăng ký

Bước 4: Đóng gói sản phẩm

Bước 1

Sơ chế nguyên liệu hữu cơ

Bước 2

Thủy phân, trung hòa

Dung dịch hỗn hợp axit amin

Kiểm tra chất lượng

Bước 3

Phối trộn làm giàu vi lượng

Chế phẩm phân bón hữu cơ

Bước 4

Đóng gói sản phẩm

Hình 2.2: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất phân bón từ nguyên liệu hữu cơ [12]

2.2.3.2 Một số quy trình sản xuất phân bón hữu cơ

Sơ đồ tổng quát: Sử dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp thành phân bón hữu cơ sinh học

Ủ hoạt hóa tạo cơ chất hữu cơ

Đảo trộn Kiểm tra chất lượng

Phân bón hữu cơ

Hình 2.3: Sơ đồ quy trình sử dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý phế phụ phẩm

nông nghiệp thành phân bón hữu cơ sinh học.

(Nguồn: Tạp chí Khoa học và Công nghệ - tháng 03-2015, ứng dụng công nghệ Sinh học

để sản xuất phân hữu cơ)

hủy

p h

E m

B ất h P ầ

P n d l

D h t y

Cặn tâm

S ấ

Hình 2.4: Quá trình thủy phân đầu cá ngừ bằng enzyme protamex

(Nguồn: Tạp chí khoa học và công nghệ thủy sản số 02/2012 (ngày 10/06/2012))

- Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ VSV từ nguyên liệu hữu cơ

Nguyên liệu hữu cơ

Xử lý (sơ chế)

Phối trộn, ủ Men ủ VSV

Cơ chất hữu cơ

Bổ sung NPK,

vi lượng (Khi

cần tăng chất

lượng phân) Phối trộn Chế phẩm VSV

Phân hữu cơ VSV Kiểm tra chất lượng

Hình 2.5: Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ VSV từ nguyên liệu hữu cơ

(Nguồn: Lê Thị Thu Trà (2016), Phân hữu cơ vi sinh và hữu cơ sinh học trong sản xuất

nông nghệp)

2.2.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu phân bón dạng nước trong nước

Tại Việt Nam, sản xuất phân nước từ phế phụ phẩm nông nghiệp chưa đượcquan tâm, trú trọng Cho đến nay, chưa có công trình khoa học nào công bố về quytrình sản xuất phân bón dạng nước từ phế phụ phẩm nông nghiệp mà chỉ là nhữngthông tin, hướng dẫn cách làm trên internet Những thông tin này không rõ nguồngốc và chưa được đánh giá, kiểm chứng Trên thị trường hiện nay cũng xuất hiệnmột số sản phẩm thương mại phân bón dạng nước, tuy nhiên vấn đề quan tâm đó làchất lượng các loại phân rất khác nhau, không ổn định, hơn nữa giá thành rất cao(hơn 100.000 đ/lít)

2.2.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu phân bón dạng nước trên thế giới

Việc nghiên cứu sản xuất phân nước từ phế phụ phẩm nông nghiệp đã đượctiến hành khá sớm tại các nước phát triển Tuy nhiên cho đến nay, có rất ít côngtrình khoa học về quy trình sản xuất phân dạng nước từ phế phụ phẩm nông nghiệpđược công bố Thendral và ctv (2014) nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón dạngnước có nguồn gốc từ phế phụ phẩm ngành thủy sản (cá) lên sinh trưởng và pháttriển của cây cà tím (eggplant) Kết quả cho thấy, phân bón dạng nước có tác dụnggiảm pH đất, thúc đẩy sự trao đổi các ion trong đất, vật chất hữu cơ, tăng nguồnnitơ, phốtpho, kali Phân dạng nước này có tác dụng rõ rệt trong việc kích thích sinhtrưởng cây cà tím như sinh lá, tăng chiều cao, đường kính cây, chiều dài rễ Nghiêncứu sản xuất phân dạng nước từ sản phẩm phụ thủy sản còn được đề cập trongnghiên cứu của Joong và ctv (2010) Ông cho rằng phân dạng nước này sẽ có vai trò

và tiềm năng rất lớn trong sản xuất nông nghiệp

Nelson và ctv (2010) nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng phân nước cónguồn gốc từ đỗ tương lên sinh trưởng và khả năng ra hoa của một số loài hoa đượctrồng trong nhà kính Kết quả cho thấy, cây hoa Petunias được bón phân nước nàylớn nhanh hơn, thời gian ra hoa được rút ngắn 4,5% và đặc biệt cây có lá và hoa rấtđẹp

Algur và Kadioglu (1992) nghiên cứu sản xuất phân nước từ sản phẩm phụbia rượu và tác dụng của phân lên sinh trưởng của đậu Hà Lan và cây hoa hướng

dương Tác giả cho rằng phân bón dạng nước này phù hợp và có hiệu quả cho cácloại cây trồng Đồng thời việc sử dụng các phế phụ phẩm này còn góp phần giảmthiểu ô nhiễm môi trường.

2.3 Tổng quan về các chế phẩm EM

2.3.1 Giới thiệu chung về chế phẩm EM

EM là chứ viết tắt của hai từ tiếng Anh Effective Microorganisms có nghĩa là

các vi sinh vật hữu hiệu ra đời vào năm 1980 tại Nhật Bản do công của Giáo sư.Tiến sĩ Teruo Higa tại Đại học Ruykyus (Nhật Bản) Đây là một cộng đồng các visinh vật có ích chứa tới 80 loài vi sinh vật khác nhau, thuộc về 10 chi, 5 họ Nhữngloài vi sinh vật này đã được chọn lọc từ rất nhiều tập đoàn vi sinh vật đã được phânlập từ các miền trên trái đất Các vi sinh vật chính có trong chế phẩm EM là vikhuẩn quang hợp, vi khuẩn cố định Nitơ, vi khuẩn lactic, vi khuẩn acetic, vi khuẩnpropionic, xạ khuẩn, nấm men… Các vi sinh vật này có khả năng sử dụng các chấthữu cơ, các chất bài tiết của động vật, thực vật, các khí độc… để tổng hợp nên cácaxit amin, các chất có hoạt tính sinh học, đường, cồn, este, vitamin, một số axit nhưaxit lactic, axit propionic…và các chất kháng sinh Điều này giải thích tại sao chấthữu cơ được phân hủy nhanh hơn và có mùi hôi thối giảm hẳn [19]

Chế phẩm EM gốc ở dạng dung dịch, được giữ trong môi trường pH khoảng3,5 nên ở trạng thái ngủ, không hoạt động Khi chuyển sang dạng thứ cấp, có nghĩa

là cung cấp thêm nước và thức ăn (dùng rỉ đường) thì chúng được “đánh thức” sốlượng các chủng vi sinh vật được nhân lên một cách nhanh chóng, sức sống củachúng trở nên hết sức mãnh liệt, có khả năng kiểm soát và khống chế được các visinh vật bình thường trong tự nhiên

Sử dụng chế phẩm EM đến một chừng mực nào đó đủ để vi sinh vật có íchtăng lên thành một quần thể đóng vai trò thống trị thì khả năng cư ngụ (tồn tại vàphát triển) của chúng cũng tăng lên và hệ sinh thái vi sinh vật trong đất trở nên ổnđịnh và cân bằng Lúc đó các vi sinh vật cá biệt, đặc biệt là các vi sinh vật có hạikhông thể phát triển Như vậy chế phẩm EM được xem như một biện pháp điềukhiển - kiểm tra sinh học, tác dụng của nó là ức chế, ngăn chặn và kiểm soát các vi

sinh vật có hại bằng cách đưa vào môi trường các vi sinh vật có lợi làm tăng sốlượng các vi sinh vật có lợi trong môi trường tự nhiên, kéo theo số vi sinh vật trunggian chuyển sang có ích và kìm hãm sự phát triển của các vi sinh vật có hại trongmôi trường tự nhiên [15].

- EM1 là dung dịch EM gốc, chủ yếu để điều chế các dạng EM khác

- EM thứ cấp là dung dịch EM có tác dụng phân giải các chất hữu cơ, khửtrùng, làm sạch môi trường, cái thiện tính chất hóa lí của đất, tăng trưởng vật nuôi,chống quá trình oxy hóa

- EM5 là dung dịch EM có tác dụng hạn chế, phòng ngừa sâu bệnh, tăngcường khả năng đề kháng và tăng trưởng của cây trồng

- EM FPE (gọi là EM thực vật) là dung dịch EM có tác dụng kích thích sinhtrưởng, tăng năng suất và chất lượng cây trồng

- EM - Bokashi có nhiều loại như Bokashi cám, Bokashi phân gia súc,Bokashi rơm rạ, Bokashi rác, Bokashi tổng hợp…

b Chế phẩm EM có tác dụng chủ yếu sau

- Tăng cường khả năng quang hợp cho cây

- Tăng cường khả năng hấp thụ và hiệu suất sử dụng các chất dinh dưỡng

- Kéo dài thời gian bảo quản, làm hoa trái tươi lâu, tăng chất lượng bảo quảncác loại nông sản tươi sống

- Cải thiện môi trường đất, làm cho đất trở nên tơi xốp, phì nhiêu

- Hạn chế sự phát triển của cỏ dại và sâu bệnh

- Tăng cường khả năng tiêu hóa và hấp thụ các loại thức ăn

- Kích thích khả năng sinh sản

- Tăng sản lượng và chất lượng trong chăn nuôi

- Tiêu diệt các vi sinh vật có hại, hạn chế sự ô nhiễm trong chuồng trại chăn

EM có tác dụng đối với mọi loại vật nuôi, bao gồm các loại gia súc, gia cầm

và các loài thủy, hải sản

Do có tác dụng tiêu diệt các vi sinh vật gây thối (sinh ra các loại khí H2S, SO2,

NH3…) nên khi phun EM vào rác thải, cống rãnh, toilet, chuồng trại chăn nuôi…sẽkhử mùi hôi một cách nhanh chóng Đồng thời số lượng ruồi, muỗi, ve, các loại côntrùng bay khác giảm hẳn số lượng Rác hữu cơ xử lí EM chỉ sau môt ngày có thể hếtmùi và tốc độ mùn hóa diễn ra rất nhanh Trong các kho bảo quản nông sản, sửdụng EM có tác dụng ngăn chặn được quá trình gây thối, mốc Các nghiên cứu chobiết chế phẩm EM có thể giúp cho hệ vi sinh vật tiết ra các enzyme phân hủy nhưperoxidase Các enzyme này có khả năng phân hủy các hóa chất nông nghiệp tồn

dư, thậm chí cả dioxin Ở Belarus, việc sử dụng EM liên tục có thể loại trừ ô nhiễmphóng xạ [19]

- EM thúc đẩy quá trình phân giải chất hữu cơ, thúc đẩy sự phát triển của hệsinh vật có ích trong đất, hạn chế hoạt động của vi sinh vật có hại, làm giàu thêm hệ

vi sinh vật tự nhiên…[16] Qua đó góp phần cải tạo đất, nâng cao độ phì nhiều củađất một cách bền vững, tăng nguồn dinh dưỡng để hấp thụ cho cây trồng

- EM làm giảm mùi hôi thối, khử trùng, giảm các chất độc hại và ruôi muỗitrong môi trường, do đó có tác dụng làm sạch môi trường, nhât là môi trường nông thôn

- EM làm tăng cường khả năng quang hợp, thúc đẩy sự nẩy mầm, ra hoa kếtquả của cay trồng, hạn chế, phòng ngừa dịch bệnh, kích thích sự phát triển của câytrồng và vật nuôi, qua đó góp phần tăng năng suất và chất lượng của cây trồng, vậtnuôi

Do những tác động trên, EM có thể sử dụng rất rộng rãi trong phát triển nôngnghiệp, chăn nuôi, thủy sản, làm sạch môi trường, góp phần quan trọng hạn chế sửdụng hóa chất độc hại trong nông nghiệp, tạo nên sự bền vững cho nông nghiệp vàmôi trường, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng [19]

Từ khi ra đời đến nay công nghệ EM đã được nhiều nước sử dụng coi đó làmột giải pháp cho việc phát triển nông nghiệp bền vững, tăng năng suất, chất lượngcây trồng và con vật nuôi, xử lí rác thải và vệ sinh môi trường có hiệu quả Nhiềunước đã có các nhà máy sản xuất khối lượng lớn chế phẩm EM để sử dụng trongnước như Bắc Triều Tiên, Brazin (sản xuất 2 triệu lít /năm) Thái Lan (1 triệu lít/năm), Mianma (1,2 triệu lít /năm) Riêng trong lĩnh vực bảo vệ môi trường thì EM

đã được sử ứng dụng chế phẩm vi sinh vật EM vào xử lí rác thải đô thị phổ biến ởmột số nước như Nhật Bản, Thái Lan, Mianma, Triều Tiên, Indonexia

b Vấn đề sản xuất và ứng dụng chế phẩm EM trong nước

Tại Việt Nam, công nghệ EM được biết đến vào cuối những năm 1996 và đãđược thử nghiệm tại một số địa phương Ở Thái Bình, khi xử lý EM cho hạt cải bắp,thóc giống cho thấy tỷ lệ nảy mầm cao hơn, cây con sống khoẻ hơn và có tốc độsinh trưởng, phát triển nhanh hơn Khi phun EM cho rau muống, năng suất tăng 21– 25 %, phun cho đậu tương, năng suất tăng 15 - 20 % Tại Hải Phòng đã xử lý EMcho các loại cây ăn quả: Vải, cam, quýt… làm cho cây phát triển mạnh hơn, quả to,chín sớm, vỏ đẹp hơn và năng suất 10 - 15 % Tại trường ĐH Nông nghiệp I, xử lý

EM cho lúa làm năng suất tăng 8 - 15 % và không bị bệnh khô vằn lá Nhóm nghiêncứu của Th.S Đỗ Hải Lan (khoa Sinh - Hoá, ĐH Tây Bắc) cho biết có thể xử lý EM1% với cây lan Hồ Điệp Tím Nhung khi vừa đưa ra khỏi phòng nuôi cấy mô để tăng

cường khả năng thích nghi của cây với điều kiện ngoại cảnh mới Cũng có thể xử lý

EM ở giai đoạn cây còn non để kích thích sự sinh trưởng sinh dưỡng, tạo điều kiệncho sự phát triển mạnh mẽ của cây lan ở giai đoạn sau Trung tâm nghiên cứu thuỷsản 3 (Bộ Thuỷ sản) đã ứng dụng thành công EM trong xử lý hồ nuôi tôm sú ở ViệtNam Chế phẩm EM làm cho tổng số nhóm vi sinh vật có lợi trong hồ luôn cao hơn

so với nhóm vi sinh vật không có lợi từ 2 - 7 lần, chỉ số N-NH3 ở mức thấp (dưới0,02mg/l), các chỉ số môi trường như pH và màu tảo ổn định trong thời gian dài[19]

2.3.1.3 Chế phẩm sinh học MEN - TS.01

Men vi sinh phân hủy chất hữu cơ trong ao nuôi thủy sản TS.01

Công dụng:

- Xử lý nước ao nuôi tôm, trại giống tôm, hồ cá, xử lý nước thải hữu cơ

- Tăng cường sự phân hủy của các chất hữu cơ, giảm mùi hôi, giảm các loạikhí độc, amoniac, cân bằng nước, giảm bùn đáy ao và váng bẩn, làm sạch nước.Hiệu quả trong nước mặn và ngọt

Thành phần trong 1gram sản phẩm chứa:

Xử lý nước ao nuôi tôm, trại giống tôm, hồ cá, xử lý nước thải hữu cơ

Tăng cường sự phân hủy của các chất hữu cơ, giảm mùi hôi, giảm các loại khíđộc, amoniac, cân bằng nước, giảm bùn đáy ao và váng bẩn, làm sạch nước Hiệuquả trong nước mặn và ngọt

Bảo quản: Bảo quản nơi khô ráo, thoáng, tránh ánh nắng, nóng, nơi ẩm thấp.

An toàn cho người và động vật, thực vật

Xuất xứ: USA

Nhập khẩu: Công ty TNHH phát triển khoa học quốc tế.

Địa chỉ: Số 1335 - Đường Phạm Văn Đồng - Thành phố Pleiku - Tỉnh Gia Lai

Thúc đẩy quả trình thủy phân chất hữu cơ trong ao nuôi

Cung cấp vi sinh vật có lợi, nhiều loại men hữu ích cho môi trường ao nuôi

Bảo quản: Nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp.

Nhập khẩu: Công ty hữu hạn sinh học toàn cầu

Địa chỉ: Đường đền Bà Chúa Kho - Cổ Mễ - Phường Vũ Ninh - Thành phốBắc Ninh - Tỉnh Bắc Ninh

2.4 Tổng quan về hệ enzym thủy phân

2.4.1 Hệ enzyme proteaza

a Giới thiệu

Proteaza là chất xúc tác thủy phân protein tạo thành những phân tử thấp vàcác axit amin Chúng không chỉ có ý nghĩa cho quá trình sinh trưởng, sinh sản củamọi sinh vật mà còn đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ chế biến thựcphẩm, trong y học, trong nghệ gen và bảo vệ môi trường Proteaza là một trongnhững enzyme được ứng dụng rất nhiều trong mọi lĩnh vực Đặc biệt là công nghệthực phẩm, proteaza đã có những đóng góp rất to lớn trong việc phục vụ và nângcao đời sống của con người

Hiện nay, người ta đã tìm được khoảng hơn 3000 enzyme, trong đó, số cácenzyme thủy phân thuộc lớp 3-hydrolaza chiếm hơn 1200 Số lượng các enzymethủy phân lớn như vậy cũng có nghĩa là vai trò của các enzyme này rất quan trọngtrong cuộc sống của con người

Các proteaza như Alcalase, Bromelain hay một số protease thương mại khácnhư Trypsin, Flavourzyme đã được sử dụng để thủy phân một số nguyên liệu phếphụ phẩm thu được hiệu quả cao [24],[28].

b Đặc điểm chung

Enzyme proteaza là enzyme thủy phân các liên kết pectit (-CO-NH-) trongphân tử protein giải phóng các axit amin, pepton hoặc dittripepton

Hình 2.6: Mô hình enzyme proteaza (Nguồn: Đỗ Quý Hai, 2004)

Cấu trúc bậc bốn của phân tử protein ảnh hưởng đến quá trình phân giải cơchất dưới tác dụng của các proteaza Dạng monomer và dimer của cơ chất dễ phângiải hơn dạng tetramaer

Proteaza cần thiết cho các vi sinh vật sống, rất đa dạng về chức năng từ mức

độ tế bào, cơ quan đến cơ thể nên được phân bố rất rộng rãi trên nhiều đối tượng từ

vi sinh vật (vi khuẩn, nấm và virus) đến thực vật (đu đủ, dứa…) và động vật (gan,

dạ dày bê…) So với proteaza động vật và thực vật, proteaza vi sinh vật có nhữngđặc điểm khác biệt Trước hết hệ proteaza vi sinh vật là một hệ thống rất phức tạpbao gồm nhiều enzyme rất giống nhau về cấu trúc, khối lượng và hình dạng phân tửnên rất khó tách ra dưới dạng tinh thể đồng nhất Cũng do là phức hệ gồm nhiềuenzyme khác nhau nên proteaza vi sinh vật thường có tính đặc hiệu rộng rãi cho sảnphẩm thủy phân triệt để và đa dạng

2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein bằng enzyme protease

a Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất

Khi nồng độ cơ chất thấp, tốc độ phản ứng phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ

cơ chất Khi tăng nồng độ cơ chất, cơ hội cơ chất gặp được enzyme nhiều thì tốc độphản ứng tăng theo Tuy nhiên sự liên hệ này chỉ giới hạn đến mức nào đó, nếu tiếptục tăng nồng độ cơ chất thì tốc độ phản ứng cũng sẽ không tăng hoặc ức chế ngượclại hoạt động xúc tác của enzyme Với từng enzyme, nồng độ tới hạn của cơ chấtcũng như với từng cơ chất, nồng độ tới hạn của enzyme phụ thuộc vào điều kiện củaquá trình phản ứng Vì vậy, với từng enzyme khi dùng để thủy phân một cơ chất cụthể, trong những điều kiện cụ thể, cần nghiên cứu để xác định nồng độ tới hạn củaenzyme [2],[20]

Hình 2.7: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất đến phản ứng thủy phân của

enzyme (Nguồn: Đỗ Quý Hai, 2004)

Ảnh hưởng của nồng enzyme

Trong điều kiện dư thừa cơ chất, nghĩa là [S] >> [E] thì nồng độ enzymetăng sẽ làm tăng tốc độ phản ứng Sự tăng tốc độ phản ứng trong tế bào sinh vật lạiphụ thuộc rất nhiều vào khả năng điều hòa của gen Nhìn chung tốc độ phản ứngphụ thuộc tuyến tính với lượng enzyme Nhưng nếu tăng nồng độ enzyme quá lớn,vận tốc phản ứng chậm Tốc độ phản ứng V=K.[E] có dạng y=ax Người ta đã đo[E] bằng cách đo vận tốc phản ứng do enzyme đó xúc tác Có nhiều trường hợptrong môi trường có chứa chất kìm hãm hay hoạt hóa thì vận tốc phản ứng doenzyme xúc tác không phụ thuộc tuyến tính với [E] đó [20]

Hình 2.8: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến phản ứng thủy phân enzyme

(Nguồn: Đỗ Quý Hai, 2004)

Ảnh hưởng của pH

Giá trị pH của môi trường có ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình thủy phân vì

nó ảnh hưởng đến mức độ ion hóa cơ chất, ion hóa enzyme và đến độ bền củaprotein - enzyme Đa số enzyme bền trong khoảng pH = 5÷9, độ bền của enzyme cóthể tăng lên khi có các yếu tố làm bền như: Cơ chất, coenzyme, Ca2+… Giá trị pHtối ưu là khác nhau cho mỗi loại enzyme, giá trị này không cố định mà phụ thuộcvào nhiều yếu tố khác như: Cơ chất, dung dịch đệm, nhiệt độ… Với nhiều enzymeproteaza, pH thích hợp ở vùng trung tính, nhưng cũng có một số enzyme có pHthích hợp rất thấp (pepsin, proteaza axit của vi sinh vật,…) hoặc khá cao nhưsubtilin, có pH thích hợp lớn hơn 10 [12] Enzyme bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi pH.Giá trị pH giảm thấp hay quá cao ngoài điểm tối ưu thì tốc độ phản ứng thườnggiảm nhanh và hoạt tính của hầu hết enzyme giảm một phần hay hoàn toàn, có thể

do enzyme bị biến tính hay bị phân ly một cofactor quan trọng nào đó Tại điểmđẳng điện, enzyme bị biến tính dẫn đến không còn hoạt tính sinh học Nếu có biệnpháp làm cho enzyme hòa tan trở lại thì khả năng hồi phục một phần hoạt tính tối đacủa enzyme là có thể Thông qua nghiên cứu sự phụ thuộc vận tốc phản ứng củaenzyme và pH môi trường có thể xác định được nhóm chức nào của phân tử enzyme

đã tham gia quá trình xúc tác Vì các nhóm chức của trung tâm hoạt động củaenzyme chỉ có thể kết hợp với cơ chất khi ở trạng thái ion hóa thích hợp nhất định[20]

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến phản ứng enzyme và tốc độ phản ứngenzyme không phải lúc nào cũng tỉ lệ thuận với nhiệt độ phản ứng Ở khoảng nhiệt

độ 0÷41°C, vận tốc phản ứng tăng khi nhiệt độ tăng Sự gia tăng vận tốc này đơn

thuần là do cung cấp năng lượng cho phản ứng Thông thường đối với đa số enzyme

bị biến tính hoàn toàn ở nhiệt độ lớn hơn hoặc bằng 70oC Khi nhiệt độ thấp hơn

0oC thì enzyme bị biến tính thuận nghịch và giảm hoạt tính xúc tác hoặc không thểhiện hoạt tính xúc tác Mỗi loại enzyme có nhiệt độ tối thích mà tại đó nó thể hiệnhoạt tính xúc tác cao nhất Nhiệt độ thích hợp này phụ thuộc vào loại enzyme,nguồn thu enzyme, pH, kim loại, chất bảo vệ [12]

2.4.3 Enzyme Bromelain

Bromelain là tên gọi chung cho các enzyme phân giải protein chứa nhómsulfhydryl được tách chiết chủ yếu từ các mô của thực vật thuộc họ bromeliaceae,tiêu biểu nhất là cây dứa Hiện nay, ngoài hai loại bromelain thương mại được táchchiết từ thân (stem bromelain - SBM - EC 3.4.22.32) và từ trái (fruit bromelain -FBM - EC 3.4.22.33), bromelain còn được nghiên cứu tách chiết từ phụ phẩm như

vỏ, lõi, lá, chồi ngọn của quả dứa [29],[33]

Bromelain có trong toàn bộ cây dứa, nhưng nhiều nhất là trong quả.Bromelain là nhóm endoproteaza có khả năng phân cắt các liên kết peptit nội phân

tử protein để chuyển phân tử protein thành các đoạn nhỏ gọi là các peptide Thànhphần chủ yếu của bromelain có chứa nhóm sulfurhydryl thủy giải protein [26]

Hoạt tính của bromelin

Thịt quả dứa chỉ có hoạt tính bromelain kể từ 3 tháng trước khi chín Trong

đó hoạt tính cao nhất là khoảng 20 ngày trước khi chín Khi trái chín, hoạt tínhbromelain giảm xuống nhưng không mất hẳn

Một số nghiên cứu cho thấy bromelain có hoạt tính khác nhau trên những cơchất khác nhau Nếu cơ chất là hemoglobin thì khả năng phân giải của bromelainmạnh hơn papain gấp 4 lần, còn cơ chất là casein thì khả năng phân giải của hai