Nghiên cứu phân hủy gellulose trong vỏ sắn thải từ nhà máy sản xuất tinh bột bằng vi sinh vật

Quá trình sản xuất tinh bột sẽ phát sinh một lượng lớn chất thải, trong khi nước thải sẽ được đưa vào hệ thống xử lý, bã sắn thường được tận dụng để bán làm thức ăn gia súc hay nguyên li

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

MỞ ĐẦU 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 2

2.1 Mục tiêu chung 2

2.2 Mục tiêu cụ thể 2

3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 3

4 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 4

4.1 Phương pháp 1 Phân lập vi sinh vật phân giải Cellulose từ vỏ sắn thải 4

4.2 Phương pháp 2 Đánh giá khả năng phân giải Cellulose của vi sinh vật đối với nguồn Carbon là Carboxymethyl Cellulose 7

4.3 Phương pháp 3 Đánh giá khả năng phân giải Cellulose của vi sinh vật đối với nguồn Carbon là vỏ sắn thải 9

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 10

5.1 Đối tượng của đề tài 10

5.2 Phạm vi của đề tài 10

5.3 Địa điểm thí nghiệm 10

6 ĐÓNG GÓP KHOA HỌC, KINH TẾ VÀ XÃ HỘI CỦA ĐỀ TÀI 10

6.1 Ý nghĩa khoa học 10

6.2 Ý nghĩa kinh tế - xã hội 10

CHƯƠNG 1 12

XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN TRONG NGÀNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN 12

1.1 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN 12

1.2 CHẤT THẢI RẮN TRONG SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN 14

1.2.1 Nguồn phát sinh và tải lượng 14

1.2.2 Đặc trưng chất thải rắn 16

1.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI TỪ SẮN 17

1.3.1 Xử lý và tái sử dụng theo phương pháp cơ – lý – hóa học 17

1.3.2 Xử lý hoặc tái sử dụng chất thải rắn từ sắn theo phương pháp sinh học 20

1.4 GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT MỲ HÙNG DUY 2 22 CHƯƠNG 2 25

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CELLULOSE VÀ CELLULASE 25

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CELLULOSE 25

2.2 GIỚI THIỆU VỀ ENZYME CELLULASE 25

2.2.1 Vi sinh vật sản xuất cellulase 27

2.2.2 Ứng dụng của cellulase trong công nghệ xử lý rác thải sản xuất phân bón vi sinh 29

2.3 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN 30

2.3.1 Nghiên cứu trong nước 30

2.3.2 Nghiên cứu trên thế giới 31

2.3.3 Đặc tính sinh học của các chủng vi sinh vật trong kết quả đề tài 32

CHƯƠNG 3 35

KẾT QUẢ ĐỀ TÀI 35

3.1 PHÂN LẬP VI SINH VẬT PHÂN GIẢI CELLULOSE TỪ VỎ SẮN THẢI

35

3.1.1 Mục tiêu 35

3.1.2 Bố trí thí nghiệm 35

3.1.3 Kết quả 35

3.2 ĐỊNH DANH CÁC CHỦNG VI SINH VẬT PHÂN LẬP ĐƯỢC 37

3.2.1 Xác định bằng đặc điểm hình thái 38

3.2.2 Xác định bằng phương pháp sinh học phân tử 38

3.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI CELLULOSE CỦA VI SINH VẬT ĐỐI VỚI NGUỒN CARBON LÀ CMC 40

3.3.1 Mục tiêu 41

3.3.2 Bố trí thí nghiệm 41

3.3.3 Phương pháp thí nghiệm 41

3.3.4 Kết quả thí nghiệm 41

3.4 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI CELLULOSE CỦA VI SINH VẬT ĐỐI VỚI NGUỒN CARBON LÀ VỎ SẮN THẢI TRONG ĐIỀU KIỆN PHÒNG

THÍ NGHIỆM 42

3.4.1 Mục tiêu 42

3.4.2 Bố trí thí nghiệm 42

3.4.3 Phương pháp thí nghiệm 43

3.4.4 Kết quả thí nghiệm 43

3.5 THÍ NGHIỆM SO SÁNH KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI CELLULOSE GIỮA CÁC CHỦNG NẤM ĐÃ LỰA CHỌN VỚI CHỦNG NẤM NEUROSPORA CRASSA 47

3.5.1 Mục tiêu 47

3.5.2 Bố trí thí nghiệm 47

3.5.3 Phương pháp thí nghiệm 47

3.5.4 Kết quả thí nghiệm 48

3.5.5 Thí nghiệm phụ xác định lượng Nito bị chuyển hóa trong vỏ sắn đối với mẫu BF 50

CHƯƠNG 4 52

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ CHẤT THẢI RẮN TỪ NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN THEO PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 52

4.1 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SINH HỌC CELLULOSE ĐỐI VỚI VỎ SẮN THẢI 52

4.1.1 Lựa chọn sinh vật xử lý 52

4.1.2 Mô tả đặc tính sinh học 52

4.1.3 Đề xuất yếu tố kiểm soát trong quá trình vận hành 52

4.2 ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN, SỬ DỤNG SẢN PHẨM SAU PHÂN HỦY 58

4.2.1 Xử lý thải bỏ 58

4.2.2 Loại bỏ Cyanide 59

4.2.3 Sử dụng làm phân bón 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

KẾT LUẬN 60

KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Kết quả thử nghiệm mẫu vỏ sắn 16

Bảng 1.2 Thành phần của tro bã sắn (g/100g trọng lượng sấy khô) 17

Bảng 1.3 Tổng hợp xử lý và tái sử dụng chất thải rắn từ sắn bằng sinh học 22

Bảng 2.1 Các vi sinh vật sử dụng trong sản xuất enzyme Cellulase 28

Bảng 3.1 Đường kính vòng phân giải của các chủng vi sinh vật phân lập từ vỏ sắn thải 36

Bảng 3 2 Ký hiệu bốn chủng vi sinh vật đã định danh 40

Bảng 3.3 Kiểm tra khả năng sinh enzyme cellulase, amylase và protease anzymes (IU/g) 40

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 0.1 Quy trình tiến hành đề tài 4

Hình 0.2 Cơ chế phân giải Cellulose thành D-Glucose 7

Hình 0.3 Lưu đồ thí nghiệm định lượng enzyme cellulase theo phương pháp DNS 8

Hình 0.4 Đường chuẩn dung dịch DNS dùng trong phương pháp so màu 9

Hình 0.5 Quy trình sản xuất tinh bột sắn 14

Hình 0.6 Cân bằng vật chất trong sản xuất tinh bột sắn 15

Hình 1.1 Sự hấp phụ ion Ni2+ vào các phân tử bề mặt 18

Hình 1.2 Nhà máy sản xuất tinh bột mỳ Hùng Duy 2 23

Hình 1.3 Sơ đồ chế biến tinh bột khoai mì tại nhà máy Hùng Duy 2 24

Hình 2.1 Cấu trúc Cellulose 25

Hình 2.2 Ba loại phản ứng xúc tác bởi enzyme Cellulase 27

Hình 3.1 Đường cấy ziczac và vòng phân giải đục lỗ của 4 chủng vi sinh vật được chọn 37

Hình 3.2 Đặc điểm hình thái 4 chủng vi sinh vật sau khi nhuộm gram và soi bào tử 38

Hình 3.3 Kết quả tra cứu trên BLAST SEARCH của 4 chủng vi sinh vật 39

Hình 3.4 Lượng Glucose sinh ra của bốn chủng vi sinh vật theo thời gian 41

Hình 3.5 Kết quả thay đổi nồng độ Glucose và giá trị pH sau 28 ngày của bốn mẫu đơn 43

Hình 3.6 Khối lượng vỏ sắn suy giảm sau 28 ngày của bốn mẫu đơn 44

Hình 3.7 Kết quả thay đổi nồng độ Glucose và giá trị pH sau 28 ngày của sáu mẫu kết hợp 45

Hình 3.8 Khối lượng vỏ sắn suy giảm sau 28 ngày của sáu mẫu kết hợp 46

Hình 3.9 Sự thay đổi nồng độ Glucose và giá trị pH sau 28 ngày của bốn mẫu 48

Hình 3.10 Khối lượng vỏ sắn thay đổi sau 28 ngày của bốn mẫu thí nghiệm 49

Hình 3.11 Quá trình chuyển hóa Nito Amoni và Tổng Nito trong vỏ sắn sau 96h thí nghiệm với mẫu BF 50

Hình 3.12 Sự thay đổi hàm lượng Nito Amoni và HCN trong vỏ sắn sau 96h 51

Hình 4.1 Quy trình quản lý và xử lý đề xuất áp dụng cho nhà máy Hùng Duy 53

Hình 4.2 Sơ đồ khu ủ compost từ vỏ sắn thải 54

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Sắn (Manihot esculenta) là cây lương thực ăn củ hàng năm, có thể sống lâu năm, thuộc họ thầu dầu Euphorbiaceae Sắn hiện được trồng tại hơn 100 nước có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, tập trung nhiều ở châu Phi, châu Á và Nam Mỹ Tổ chức Nông lương Liên hợp quốc (FAO) xếp sắn là cây lương thực quan trọng ở các nước đang phát triển sau lúa gạo, ngô và lúa mì Tinh bột sắn là một thành phần quan trọng trong chế độ ăn của hơn một tỷ người thuộc các nước thế giới thứ 3 (www TTTA Food market, 2009) Đồng thời, sắn cũng là một thành phần nguyên liệu quan trọng trong thức ăn chăn nuôi tại nhiều nước trên thế giới và cũng là hàng hóa xuất khẩu có giá trị để chế biến bột ngọt, bánh kẹo, mì ăn liền, ván ép, bao bì, màng phủ sinh học và phụ gia dược phẩm Đặc biệt, sắn là nguyên liệu chính cho công nghiệp chế biến nhiên liệu sinh học (ethanol) tại một số quốc gia châu Á Năm 2012, sản lượng sắn thế giới đạt 269,12 triệu tấn củ tươi, tăng 51% so với năm 2000 Diện tích trồng sắn trong cùng

thời gian cũng tăng 20%

Tại Việt Nam diện tích trồng sắn ngày càng có xu hướng tăng ở các vùng Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, vùng núi và trung du Bắc Bộ do đặc tính đa năng của nó Tổng diện tích canh tác sắn năm 2015 vào khoảng 551.000 ha và ước tính sản lượng cả nước đạt 10,7 triệu tấn, tăng 4,64% so với năm 2014, trong số đó có trên 4 triệu tấn được dùng để cung cấp cho các nhà máy sản xuất tinh bột sắn (Bộ Công thương, 2010) Quá trình sản xuất tinh bột sẽ phát sinh một lượng lớn chất thải, trong khi nước thải

sẽ được đưa vào hệ thống xử lý, bã sắn thường được tận dụng để bán làm thức ăn gia súc hay nguyên liệu trồng nấm,… thì vỏ sắn vẫn chưa có phương pháp xử lý hiệu quả, chủ yếu bị thải bỏ trực tiếp ra môi trường xung quanh Việc thải bỏ không hợp lý này gây ra các vấn đề lớn khi vỏ sắn phân hủy như tạo ra mùi khó chịu, thu hút các sinh vật mang mầm bệnh như ruồi, chuột,… từ đó tăng nguy cơ phát sinh dịch bệnh, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người Với xu thế hiện nay nước ta đẩy mạnh phát triển công nghệ xử lý chất thải rắn theo hướng giảm thiểu lượng chất thải, tăng cường tỷ lệ tái chế, tái sử dụng thì việc đổ bỏ không những gây ảnh hưởng đến môi trường mà còn

là sự lãng phí tài nguyên

Mặc khác, ở khía cạnh nông nghiệp, hiện nay đang có những quan ngại về sự thoái hóa đất hay gia tăng các mầm bệnh do người nông dân sử dụng phân hóa học không hợp lý về cả lượng dùng và cách bón Khi lượng phân hóa học dư thừa quá hàm lượng quy định sẽ thay đổi độ pH cũng như thay đổi các chỉ số lý hóa khác của dung dịch đất

và các vi sinh vật trong đất cũng bị biến đổi theo Lượng dinh dưỡng thừa cao kết hợp

với các yếu tố môi trường là điều kiện thuận lợi cho rất nhiều loại nấm, cỏ dại hay VSV gây bệnh cho cây phát triển dẫn đến sự kìm hãm sự tiết ra chất polixacrit (một chất dính) có tác dụng làm liên kết các hạt lại khi phân giải các chất hữu cơ từ đó gây ảnh hưởng tới khả năng phục hồi độ mùn, độ màu mỡ và khả năng chống lại sự xói mòn của đất Khi năng suất thấp và sâu bệnh nhiều, người nông dân lại có xu hướng sử

dụng thuốc trừ sâu ngày càng nhiều, điều này có thể dẫn tới sự lờn thuốc và thích ứng

thuốc trừ sâu của các sâu bệnh hại và nông dân lại rơi vào vòng luẩn quẩn mà không thể giải quyết được Dựa trên các kinh nghiệm thực tế qua tiếp xúc các nhà nông, vấn

đề này có thể được giải quyết phần nào bằng việc sử dụng kết hợp phân hóa học với phân hữu cơ một cách hài hòa được tính toán khoa học thông qua nhu cầu dinh dưỡng của từng loại cây trồng Qua đó, đã có những kinh nghiệm giảm được sâu bệnh trên cây trồng do lượng lợi khuẩn trong phân hữu cơ vi sinh có khả năng phân giải các hợp chất khó phân hủy và hạn chế sự gia tăng của sinh vật gây bệnh Từ đó cũng kiểm soát được sự thoái hóa đất do môi trường phải tiếp nhận một lượng lớn các hóa chất bảo vệ thực vật, đồng thời giảm chi phí sản xuất rất lớn cho người nông dân Điều đáng chú ý

là, qua phân tích thành phần cho thấy vỏ sắn chứa một lượng lớn các chất dinh dưỡng (N, P, K), chính vì thế nó rất có tiềm năng trong việc trở thành phân bón hữu cơ giá rẻ nếu được xử lý đúng cách

Do đó, đề tài “Nghiên cứu phân hủy Cellulose trong vỏ sắn thải từ nhá máy sản xuất tinh bột bằng vi sinh vật” đưa ra một phương pháp xử lý lượng Celluose khó hấp

thụ trong vỏ sắn nhanh, hiệu quả và an toàn là cấp thiết Góp phần mở ra cơ hội tái sử dụng vỏ sắn thải theo định hướng phục vụ nông nghiệp, giúp giải quyết các vấn đề môi trường đang tồn tại bên cạnh đó cũng định hướng tái sử dụng thành phân bón hữu cơ

để tiết kiệm tài nguyên, mang lại hiệu quả kinh tế cho các nhà máy chế biến tinh bột sắn và người nông dân

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

2.1 Mục tiêu chung

Đề tài nhằm mục đích tìm kiếm, phân lập và kiểm tra khả năng phân hủy Cellulose của các chủng VSV từ vỏ sắn thải của nhà máy sản xuất tinh bột Từ đó đề xuất các giải pháp xử lý sinh học an toàn và thân thiện với môi trường nhằm giải quyết các vấn

đề đang tồn đọng về chất thải rắn trong và sau quá trình sản xuất

2.2 Mục tiêu cụ thể

 Tìm hiểu và phân lập nhóm VSV có khả năng phân giải Cellulose trong vỏ sắn thải

 Bố trí thí nghiệm đánh giá khả năng phân giải Cellulose của các chủng VSV đã phân lập được

3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI

 Nội dung 1: Phân lập các chủng VSV phân giải Cellulose từ vỏ sắn thải

 Nội dung 2: Đánh giá khả năng phân giải Cellulose của VSV đối với nguồn Carbon là CMC

 Nội dung 3: Đánh giá khả năng phân giải Cellulose của VSV đối với nguồn Carbon là vỏ sắn thải trong điều kiện phòng thí nghiệm

 Nội dung 4: Đề xuất giải pháp quản lý chất thải rắn từ nhà máy sản xuất tinh bột sắn theo phương pháp sinh học

Tiến trình nội dung được khái quát như sau:

Hình 0.1 Quy trình tiến hành đề tài

Chuẩn bị môi trường, dụng cụ

 Pha môi trường (Vinogradski cho

vi khuẩn và Czapek – dox cho nấm mốc)

 Pha tăng sinh (môi trường không

và Quốc Tế về các phương pháp xử lý

Phân lập các chủng

vi sinh vật phân hủy cellulose

Bố trí thí nghiệm đánh giá định tính và định lượng các chủng vi

khuẩn

Bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả phân hủy vỏ sắn của các chủng vi sinh vật

Thí nghiệm

PP thí

nghiệm

PP phân tích hóa lý

PP phân tích hóa lý

PP thống kê

xử lý số liệu

Kết luận – kiến nghị

 Chuẩn bị ống nước muối sinh lý 0,9%, đầu pipet, gói đĩa petri

 Đổ ống thạch nghiêng với số lượng phù hợp

ống thạch nghiêng và dụng cụ

3 Đổ đĩa

 Môi trường sau khi hấp tiệt trùng được đổ ra đĩa petri một lượng vừa phải

4 Lấy mẫu, pha loãng

 Lắc 10g mẫu trong 90ml tăng sinh trong 20 phút với tốc độ 200rpm

 Pha loãng mẫu bằng ống nước muối sinh lý 0,9% tới các nồng

độ thích hợp

5 Cấy trang

 Hút 0,1ml mẫu pha loãng cấy trang vào đĩa petri trong môi trường vô trùng

 Mỗi nồng độ cấy vào 3 đĩa petri

6 Ủ đĩa petri

 Các đĩa petri sau khi cấy trang được gói và ủ ở nhiệt độ 37oC trong 48 giờ

7 Cấy đĩa petri lần 2

 Từ các đĩa petri tiến hành bắt các nốt VSV nghi ngờ có khả năng phân giải Cellulose cấy ziczac sang đĩa petri mới

8 Xem xét kết quả

 Thử khả năng phân giải Cellulose của VSV trong petri cấy lần 1 bằng dung dịch Lugol Trong quá trình phát triển, VSV tiết ra enzyme cellulase phân hủy nguồn CMC, khi sử dụng thuốc thử

Lugol các khoảng thạch bị phân giải sẽ mất màu

 Dựa vào độ phân giải CMC của VSV quyết định giữ hay loại các đĩa petri mới cấy lần 2

giờ

10 Cấy thạch nghiêng

 Bắt các nốt VSV nghi ngờ từ đĩa petri sang thạch nghiêng

 Thạch nghiêng là ống nghiệm chứa môi trường chuyên biệt, VSV được cấy theo đường ziczac trên bề mặt thạch

 Thạch nghiêng được ủ ở 37oC trong 2 ngày

11 Cấy truyền

 Bắt các nốt VSV từ ống thạch nghiêng sang đĩa petri có chứa môi trường

 Ủ đĩa petri ở 37oC trong 48 giờ

 Ống giống được giữ ở nhiệt độ -80oC

Định tính vi sinh vật phân hủy Cellulose dựa trên hoạt độ enzyme

a Phương pháp xác định

Việc định tính hoạt độ enzyme của các VSV phân giải Cellulose được tiến hành bằng cách cấy các khuẩn lạc từ ống giống theo đường ziczac lên đĩa petri để kiểm tra hoạt tính sơ bộ và sàng lọc lựa chọn những chủng có khả năng phân giải cao nhất lần 1 với số lần lặp lại thí nghiệm là 3 đĩa/mẫu Tiêu chí để xác định hoạt lực mạnh hay yếu của enzym dựa vào đường kính phân giải D (mm)

b Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm đo đường kính phân giải của các chủng VSV được thực hiện như sau:

- Tiến hành nuôi cấy VSV đã được lựa chọn sau đợt thứ nhất trên môi trường tăng sinh lỏng hai lần để hạn chế những sai sót về mật độ VSV

- Đục lỗ trên đĩa thạch, với số lượng 3 đĩa/ chủng vi sinh

- Thêm 50 μl dung dịch môi trường tăng sinh lỏng có chứa VSV đã nuôi cấy vào trong lỗ thạch

- Sau 2 ngày, dùng thuốc thử Lugol xịt xung quanh lỗ đục thạch sẽ xuất hiện vòng phân giải màu sáng, đo đường kính của vòng phân giải

Sau quá trình này lựa chọn được chủng vi khuẩn, xạ khuẩn, và vi nấm có vòng phân giải tốt nhất để thực hiện giai đoạn thí nghiệm tiếp theo

4.2 Phương pháp 2 Đánh giá khả năng phân giải Cellulose của vi sinh vật đối với nguồn Carbon là Carboxymethyl Cellulose

a Nguyên lý

Các VSV có khả năng phân giải Cellulose khi sinh trưởng sẽ sản sinh ra enzyme cellulase Enzyme này có tác dụng bẻ gãy các liên kết trong cơ chất Cellulose tạo ra đường đơn D-Glucose (hay còn được gọi là đường khử)

Hình 0.2 Cơ chế phân giải Cellulose thành D-Glucose

Do đó, việc xác định lượng đường khử sinh ra trong quá trình phân giải Cellulose

từ cơ chất CMC bằng phương pháp Acid Dinitro Salicylic (DNS) cũng chính là phương pháp định lượng enzyme cellulase

b Phương pháp xác định

Phương pháp xác định lượng đường khử sinh ra dựa trên cơ sở phản ứng tạo màu giữa đường khử với thuốc thử DNS Cường độ màu của hỗn hợp phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ đường khử trong một phạm vi nhất định So màu tiến hành ở bước sóng 540nm bằng máy So quang UV VIS Thermo Scientific Dựa theo đồ thị đường chuẩn của Glucose tinh khiết với thuốc thử DNS sẽ tính được hàm lượng đường khử của mẫu nghiên cứu

c Bố trí thí nghiệm

Xây dựng đường chuẩn đường khử theo quy trình sau:

Hình 0.3 Lưu đồ thí nghiệm định lượng enzyme cellulase theo phương pháp DNS

Hình 0.4 Đường chuẩn dung dịch DNS dùng trong phương pháp so màu

Thực hiện đo liên tục lượng đường khử của các mẫu với tần suất 3 giờ/lần trong 72 giờ đồng hồ liên tục để xây dựng đồ thị thể hiện lượng đường khử sinh ra trong quá trình phân giải Cellulose từ cơ chất CMC của VSV nhằm xác định khoảng thời gian VSV tiết ra lượng enzyme cellulase cao nhất

4.3 Phương pháp 3 Đánh giá khả năng phân giải Cellulose của vi sinh vật đối với nguồn Carbon là vỏ sắn thải

a Nguyên lý

Cũng dựa trên nguyên tắc enzyme cellulase khi sinh ra sẽ phân giải cơ chất

Cellulose tạo ra lượng đường khử D-Glucose như ở thí nghiệm trên

b Phương pháp xác định

Lượng đường khử này vẫn được xác định bằng phương pháp DNS ở bước sóng

540 nm Bên cạnh đó còn tiến hành các thí ngiệm đo pH nhanh bằng máy, xác định độ chênh lệch khối lượng vỏ sắn trước và sau khi VSV phân giải

c Bố trí thí nghiệm

Các chủng VSV có hoạt độ phân giải Cellulose mạnh sẽ được chọn để tiến hành thí nghiệm đối với nguồn Carbon là vỏ sắn thải Thực hiện đo các chỉ số pH, lượng đường khử sinh ra, độ giảm khối lượng vỏ sắn với tần suất 7 ngày/lần trong 28 ngày Từ đó xây dựng được các đồ thị thể hiện lượng đường khử sinh ra sau quá trình phân giải Cellulose từ vỏ sắn thải, khối lượng vỏ sắn thải trước và sau khi thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng phân giải của các chủng VSV được lựa chọn

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

5.1 Đối tượng của đề tài

5.3 Địa điểm thí nghiệm

- Phòng thí nghiệm công nghệ môi trường – Viện kỹ thuật công nghệ cao Nguyễn

Tất Thành – Trường Đại Học Nguyễn Tất Thành

- Phòng thí nghiệm Vi sinh của Viện Sinh Học Nhiệt Đới

6 ĐÓNG GÓP KHOA HỌC, KINH TẾ VÀ XÃ HỘI CỦA ĐỀ TÀI

6.2 Ý nghĩa kinh tế - xã hội

a Về mặt xã hội

Cung cấp cho nông dân (có thể là chính những nông dân trồng sắn) phân bón hữu

cơ giá thành rẻ, bớt chi phí ban đầu cho đầu tư nông nghiệp Tiết kiệm chi phí sản xuất

và nâng cao hiệu quả canh tác cho nông dân

b Về mặt môi trường

Giải quyết vấn đề lãng phí tài nguyên nguồn dinh dưỡng có trong vỏ sắn thải

Là giải pháp hữu hiệu giải quyết vấn đề phát sinh mùi hôi ảnh hưởng môi trường không khí xung quanh do tình trạng đổ đống không kiểm soát hiện nay

Khi sử dụng cho mục đích nông nghiệp, dựa vào các đề tài trước cho thấy khi dùng phân hữu cơ có vi sinh xen lẫn phân hoá học sẽ vừa giảm bớt lượng phân hóa học vào

môi trường và vừa cho năng suất cao, giảm sâu bệnh hại Từ đó sẽ có ý nghĩa giảm được một lượng hoá chất bảo vệ thực vật đưa vào môi trường góp phần đưa nền nông nghiệp phát triển xanh

CHƯƠNG 1

XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN TRONG NGÀNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN

1.1 QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN

Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới, sau Indonesia và Thái Lan Năm 2006, diện tích đất trồng sắn đạt 475.000 ha, sản lượng tinh bột sắn đạt 7.714.000 tấn Thị trường xuất khẩu chính của Việt Nam là Trung Quốc, Đài Loan Cùng với diện tích sắn được mở rộng, sản lượng cũng như năng suất tinh bột sắn được sản xuất cũng tăng lên theo thời gian Hiện tại Việt Nam tồn tại 3 loại quy mô sản xuất tinh bột sắn điển hình sau: (Bộ Công thương, 2010)

 Qui mô nhỏ (hộ gia đình): Đây là quy mô có công suất 0,5 - 10 tấn tinh

bột sản phẩm/ ngày Số cơ sở chế biến sắn quy mô nhỏ chiếm 70 - 74% Công nghệ thủ công, thiết bị tự tạo hoặc do các cơ sở cơ khí địa phương chế tạo Hiệu suất thu hồi và chất lượng tinh bột sắn không cao

 Qui mô vừa: Đây là các doanh nghiệp có công suất dưới 50 tấn tinh bột

sản phẩm/ ngày Số cơ sở chế biến sắn quy mô vừa chiếm 16- 20% Đa phần các cơ

sở đều sử dụng thiết bị chế tạo trong nước nhưng có khả năng tạo ra sản phẩm có chất lượng không thua kém các cơ sở nhập thiết bị của nước ngoài

 Qui mô lớn: Nhóm này gồm các doanh nghiệp có công suất trên 50

tấn tinh bột sản phẩm/ngày Số cơ sở chế biến sắn quy mô lớn chiếm khoảng 10% tổng số các cơ sở chế biến cả nước với công nghệ, thiết bị nhập từ Châu

Âu, Trung Quốc, Thái Lan Đó là công nghệ tiên tiến hơn, có hiệu suất thu hồi sản phẩm cao hơn, đạt chất lượng sản phẩm cao hơn, và sử dụng ít nước hơn so với công nghệ trong nước Tới nay cả nước đó có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn cả nước ở qui mô lớn, công suất 50 - 200 tấn tinh bột sắn/ngày và trên 4.000

cơ sở chế biến thủ công Hiện tại, tổng công suất của các nhà máy chế biến sắn qui mô công nghiệp đã và đang xây dựng có khả năng chế biến được 40% sản lượng sắn cả nước

Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, khoảng 40 - 45% sản lượng sắn dành cho chế biến quy mô lớn, hay còn gọi là quy mô công nghiệp, 40 - 45% sản lượng sắn dành cho chế biến tinh bột ở qui mô nhỏ và vừa, dùng để sản xuất các sản phẩm sắn khô, chế biến thức ăn chăn nuôi và 10 - 15% dùng cho ăn tươi và các nhu cầu khác

Qui trình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam gồm 3 loại hình công nghệ chính Đối với qui mô công nghiệp chủ yếu sử dụng công nghệ, thiết bị của Trung Quốc và Thái Lan vì có giá thành và qui trình vận hành phù hợp với điều kiện Việt Nam Các nhà

máy phân bố rải rác ở vùng núi Tây Bắc, Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ và Tây

Nguyên Qui mô làng nghề tập trung chủ yếu ở một số tỉnh thuộc đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long với công nghệ và thiết bị nhỏ lẻ, không đồng bộ

 Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp thủ công: Củ sắn được rửa, gọt

vỏ và nạo thủ công trên một bàn nạo có đục lỗ tạo gờ sắc một bên Bột sau khi mài được đưa vào một tấm vải lọc buộc bốn góc và rửa bằng vòi nước Xơ sau khi rửa được vắt khô Sữa bột thu được chứa trong thùng chứa để chờ tinh bột lắng xuống Thay nước nhiều lần để loại bỏ nhựa, tạp chất và HCN Bột ướt vớt lên khay hoặc vắt qua vải lọc để tách nước rồi được sấy khô tự nhiên (Seejuhn và cộng sự, 2002)

 Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp bán cơ giới: Trong quy trình

này, việc gọt vỏ thường vẫn được tiến hành thủ công Quá trình nạo/mài được tiến hành bằng máy mài Lực để quay trống được truyền qua trục động cơ điện và dây curoa Trống có phủ tấm kim loại đục lỗ được quay trong một hộp máy có gắn phễu nạp củ phía trên và bột sau khi mài được chảy xuống dưới Quá trình mài được bổ sung một lượng nhỏ nước Lượng tinh bột được giải phóng và hoà tan nhờ cách làm này có thể đạt hiệu suất 70 - 90% Bột nhão thu được qua sàng lọc thô, lọc mịn và lọc tinh Có thể bổ sung nước trong khi tách các tạp chất và bã Dịch thu được sẽ qua giai đoạn lắng để tách nước Lắng được tiến hành trong bể lắng hoặc bàn lắng (lắng trọng lực) Quá trình lắng có thể được bổ sung hóa chất giúp lắng nhanh hoặc tẩy trắng Tinh bột được tách ra bằng tay Sấy khô tinh bột bằng phương pháp tự nhiên hoặc cưỡng bức (Marouzéa và cộng sự, 2008)

 Chế biến tinh bột sắn theo phương pháp hiện đại: Yếu tố quan trọng nhất

trong sản xuất tinh bột sắn chất lượng cao là toàn bộ quá trình chế biến, từ khi tiếp nhận củ đến khi sấy hoàn thiện sản phẩm phải được tiến hành trong thời gian ngắn nhất có thể được để giảm thiểu quá trình oxy hoá, biến đổi hàm lượng tinh bột sau thu hoạch và trong chế biến Tinh bột sắn được chế biến từ nguyên liệu là củ tươi hoặc khô (sắn củ, sắn lát), với các quy mô và trình độ công nghệ khác nhau

Hình 0.5 Quy trình sản xuất tinh bột sắn

1.2 CHẤT THẢI RẮN TRONG SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN

Chất thải rắn trong sản xuất tinh bột gồm vỏ và bã sắn, có lẫn cả cát sạn Vỏ lụa của sắn chứa chủ yếu là pectin, tinh bột và xơ Các chất thải rắn phát sinh chủ yếu từ công đoạn rửa củ, bóc vỏ…

1.2.1 Nguồn phát sinh và tải lượng

Trong sản xuất tinh bột sắn từ củ tươi, chất thải rắn chủ yếu phát sinh từ các công đoạn rửa củ, bóc vỏ và các công đoạn tách chiết Chất thải rắn từ khâu rửa củ bao gồm đất, cát, lớp vỏ lụa và một phần thịt củ bị vỡ do va chạm mạnh hoặc do sắn nguyên liệu bị dập, thối, lượng chất thải này chiếm khoảng 5% sắn nguyên liệu Trong công

đoạn tách bã, phần còn lại là nguồn phát sinh chất thải rắn vô cùng lớn, chiếm khoảng 40% sắn nguyên liệu, chi tiết như sau:

 Vỏ, tạp chất (công đoạn rửa củ, bóc vỏ): Chiếm 5% khối lượng củ sắn tươi

 Bã, xơ vụn, vỏ lụa, hạt tinh bột (công đoạn tách vỏ): Loại chất thải rắn này thường chiếm khoảng 15 - 20% lượng củ sắn tươi

 Xỉ than đốt lò: Lượng than sử dụng trong chế biến tinh bột sắn từ củ sắn tươi vào khoảng 0,6 - 0,8 tấn/tấn sản phẩm và lượng xỉ than tạo thành vào khoảng 0,2 - 0,3 tấn/tấn than cám

 Bụi phát sinh trong quá trình sấy

 Rác thải sinh hoạt: Bao bì, chất thải rắn từ nguyên liệu như gốc, cuống sắn, nguyên liệu hư hỏng…

Như vậy, tro bụi sắn là phần tổng hợp được thu gom chất thải rắn của các quá trình trên Quy mô khối lượng phát sinh được tính toán qua quá trình cân bằng vật chất như sau:

Cân bằng vật chất (phần chất rắn) trong sản xuất tinh bột sắn và gồm các loại sau:

(Seejuhn và cộng sự, 2002) (Carta và cộng sự, 1999)

Hình 0.6 Cân bằng vật chất trong sản xuất tinh bột sắn

Cân bằng vật chất cho thấy 1 tấn củ sắn tươi phát sinh gần 0,45 tấn chất thải rắn Với sản lượng của 61 cở sở sản xuất tinh bột sắn đạt gần 7.000 tấn tinh bột/ngày thì lượng chất thải rắn phát sinh rất lớn và ước tính như sau:

 Định mức tiêu thụ nguyên liệu khoảng 4 - 4,5 tấn/tấn sản phẩm nên lượng củ sắn tươi dùng trong ngày hơn 28.000 tấn củ sắn tươi/ngày

Sắn củ tươi

1 Tấn (100%)

Vỏ, cát, sạn 0,05T (5%)

Bột nghiền 0,95T (95%)

Bã sắn 0,4T (40%)

Theo nước thải

0,05T (5%)

Tinh bột ẩm 73-80%

0,5T (50%)

 Lượng chất thải rắn phát sinh khoảng: 0,45 x 28.000 tấn/ngày = 12.600 tấn/ngày

 Mỗi năm các nhà máy sản xuất từ 5 - 6 tháng/năm (150 - 180 ngày/năm):

Lượng chất thải rắn phát sinh hàng năm khoảng 1,89 - 2,27 triệu tấn

1.2.2 Đặc trưng chất thải rắn

a Vỏ lụa, đất, cát bám (cassava peel)

Chất thải rắn từ quá trình sản xuất tinh bột sắn ban đầu gồm vỏ lụa của củ, cát, sạn,… Đối với các cơ sở sản xuất, việc xử lý chất thải rắn này gặp rất nhiều khó khăn

do tồn tại lượng lớn chất HCN và do đặc trưng vỏ khô Mặc dù đó có biện pháp như chôn lấp hay rải, ủ để làm phân bón nhưng với độc tố HCN ức chế vi khuẩn nên việc phân rã thành các chất khó tan cho cây mất thời gian rất lâu Cùng với ý thức chưa cao dẫn đến ô nhiễm môi trường do vỏ sắn thải chất đống trên đường đi, bốc mùi khó chịu Thành phần của vỏ lụa được phân tích có kết quả như sau:

Bảng 1.1 Kết quả thử nghiệm mẫu vỏ sắn Tên chỉ tiêu

Hàm lượng Oxit Phophoric tổng

Nguồn: Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường Quatest 3 (20.01.2015)

b Bã thải sắn (cassava bagasse)

Tro bã thải từ công đoạn tách vỏ là nguồn chất thải rắn gây ô nhiễm chính trong sản xuất tinh bột sắn, trong đó có dư lượng chất xơ khoảng 50% tinh bột trên cơ sở trọng lượng khô (Duyên, 2006) Đặc biệt, bã xơ có hàm lượng nước rất cao lên tới 88,9 - 90%, hàm lượng tinh bột và chất khô thấp nên gây khó khăn cho việc bảo quản

và làm giảm hiệu quả tái sử dụng bã, mặt khác vỏ cũng chứa chất hữu cơ dễ phân huỷ gây mùi khó chịu Nếu không xử lý kịp thời sẽ gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới sức khoẻ người lao động Bảng sau cho thấy các thành phần của bã sắn:

Bảng 1.2 Thành phần của bã sắn (g/100g trọng lượng sấy khô)

Bởi vì hàm lượng tro thấp, bã sắn có thể cung cấp rất nhiều lợi thế so với phế phẩm nông nghiệp của các cây trồng khác như rơm rạ và rơm lúa mì, tương ứng khoảng 17,5% và 11,0% thành phần tro, để nhằm mục đích sử dụng trong quá trình sử dụng chuyển hóa sinh học của VSV So với bã mía, nó ưu điểm vì nó không đòi hỏi phải xử

lý trước và có thể được dễ dàng bị tấn công bởi các loại VSV

1.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI TỪ SẮN

1.3.1 Xử lý và tái sử dụng theo phương pháp cơ – lý – hóa học

Năm 2006, Y Sudaryanto cùng đồng sự nghiên cứu phương pháp tổng hợp than hoạt tính từ vỏ sắn để sản xuất được một loại vật liệu có diện tích bề mặt lớn Nguồn nguyên liệu trong nghiên cứu này là vỏ sắn được thu thập từ các nhà máy sản xuất tinh bột sắn ở Indonesia Các thí nghiệm được bố trí để khảo sát mức độ ảnh hưởng của nồng độ chất hoạt hóa KOH (thay đổi tỉ lệ khối lượng nguyên liệu: khối lượng KOH dao động trong khoảng 1:1, 1:2, 3:2, 2:1, 5:2), nhiệt độ than hóa (dao động ở 450oC,

550oC, 650oC và 750oC), thời gian than hóa (dao động ở 1, 2, 3h) Kết quả cho thấy, hiệu suất tạo than không chịu nhiều ảnh hưởng bởi yếu tố thời gian than hóa, mà phụ thuộc vào nhiệt độ than hóa Diện tích bề mặt và thể tích lỗ rỗng của than hoạt tính tổng hợp từ vỏ sắn dao động từ 1154 m2/g đến 1183 m2/g và từ 0,519 cm3/g đến 0,520

cm3/g, cũng không chịu ảnh hưởng của thời gian than hóa Khi tăng nhiệt độ than hóa,

diện tích bề mặt tăng và độ rỗng tổng có xu hướng tăng lên nhưng thể tích lỗ rỗng micropore có xu hướng giảm Khi nồng độ chất hoạt hóa KOH tăng, hiệu suất tạo than giảm mạnh Sự phân bố của các loại lỗ xốp micropore, mesopore, macropore cũng thay đổi phụ thuộc vào nồng độ của chất hoạt hóa KOH (Sudaryanto và cộng sự, 2006)

Theo nghiên cứu của Kurniawan, vỏ sắn được sử dụng để hấp phụ Ni2+ Vật liệu hấp phụ được chế tạo bằng cách ngâm 0,5g vỏ sắn vào riêng biệt các dung dịch

Na2CO3, NaHCO3, HCl và NaOH Sau đó, các hỗn hợp được lắc đều bằng máy lắc ở nhiệt độ phòng trong 48 giờ, gạn lọc bằng giấy lọc Các thí nghiệm xác định các yếu tố động học của quá trình hấp phụ được tiến hành bằng cách thay đổi khối lượng vật liệu hấp phụ, thay đổi nhiệt độ của dung dịch kim loại Thông qua các phương pháp FT-IR, phân tích ảnh SEM, đo phổ kế quang điện tử tia X (X-ray photoelectron spectrocopy – XPS), các kết quả phân tích thành phần và bề mặt vật liệu hấp phụ trước và sau khi xử

lý nguyên liệu, trước và sau quá trình hấp phụ kim loại nặng cho thấy, quá trình xử lý

bề mặt vật liệu bằng các dung dịch hóa học có hiệu quả và quá trình hấp phụ Ni2+ diễn

ra trên bề mặt vật liệu làm thay đổi thành phần bề mặt vật liệu Các kết quả thực nghiệm cho thấy, hàm lượng tối đa Ni2+ bị hấp phụ trên bề mặt vật liệu là 57 mg/g (0,971 mmol/g) ở pH = 4,5 (Kurniawan và cộng sự, 2011)

Kết quả thực nghiệm khi thay đổi kích thước hạt của vật liệu hấp phụ cũng cho thấy, ở kích thước càng nhỏ thì quá trình hấp phụ càng hiệu quả Quá trình hấp phụ cũng được mô tả thông qua các phương trình động học Langmuir, Freundlich, Sips và Toth với hệ số tương quan cao (R2 > 0,998) Sự hấp phụ ion Ni2+ bởi vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ sắn cũng được mô phỏng ở quy mô phân tử trong nghiên cứu này Vật liệu vỏ sắn đã qua xử lý trong nghiên cứu Kurniawan và cộng sự (2011) hiệu quả hơn

so với vỏ cam, vỏ lựu, vỏ dứa – là những vật liệu hấp phụ khác có nguồn gốc từ phế phẩm nông nghiệp

Hình 1.1 Sự hấp phụ ion Ni 2+ vào các phân tử bề mặt

Tổng hợp than hoạt tính từ vỏ sắn cũng thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học Năm 2010, Moreno-Piraján và Giraldo sử dụng vỏ sắn làm nguyên liệu để tổng hợp than hoạt tính Theo phương pháp tổng hợp vật liệu từ nghiên cứu này, vỏ sắn được rửa với nước cất nhiều lần để loại bỏ bụi và tạp chất, sấy khô ở 120oC trong 24h để giảm độ ẩm, ngâm trong dung dịch ZnCl2 ở nhiều nồng độ khác nhau, được sấy trong 8h ở nhiệt độ 110oC Vật liệu được than hóa trong lò nung bằng khí Ar với tốc

độ gia nhiệt 10 oC/phút Kết quả phân tích bề mặt vật liệu cho thấy, vật liệu được ngâm trong dung dịch ZnCl2 với nồng độ càng cao thì diện tích bề mặt và diện tích lỗ xốp micropore và mesopore càng lớn, thể tích lỗ rỗng tăng Nghiên cứu thực nghiệm khảo sát sự hấp phụ ion Cu2+ được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ phòng, thay đổi nồng độ đầu vào Kết quả sau hấp phụ cho thấy, nồng độ ion Cu2+ tối đa hấp phụ được là 55mg/g, hiệu quả hơn so với vật liệu zeolite, tre (Moreno-Piraján và cộng sự, 2010) Năm 2014, Owamah nghiên cứu các khả năng của than hoạt tính từ vỏ củ sắn để loại bỏ các kim loại nặng như Cu (II) và Pb (II) từ nước thải bệnh viện bằng phương pháp hấp phụ sinh học Nghiên cứu cho thấy ở độ pH 8 là tốt nhất cho sự hấp phụ ion kim loại Các thí nghiệm theo thời gian cho các ion kim loại đã cho thấy rằng sự tạo liên kết hấp phụ của các ion kim loại với các sinh khối là nhanh chóng và xảy ra trong vòng 20-120 phút Hiệu quả hấp phụ tăng lên với một sự gia tăng liều lượng hấp phụ

Nó tăng 12-73% đối với Pb (II) và 26-79% đối với Cu (II) khi liều hấp phụ tăng 2-12g

Sự gia tăng nhiệt độ dẫn đến sự gia tăng hấp phụ ion kim loại cho cả hai Công nghệ này với giá cả hợp lý và đã giúp ô nhiễm tốt nước thải quy mô vừa và nhỏ (Owamah, 2014)

Ngoài ra, năm 2013 ở miền Tây Nam Nigeria – là một đất nước trồng sắn là cây nông nghiệp chủ lực, Oladipo đã thử nghiệm sử dụng vỏ sắn để giảm giá thành xây dựng bê tông, kết quả cho thấy mức độ ổn định nhất nếu trộn khoảng 15 – 20 % tro vỏ sắn vào cùng xi măng sẽ tăng độ kết dính cho bê tông và đáp ứng được các tiêu chuẩn của Anh về lực nén, chịu lực Điều này đã mở ra các hướng mới trong việc sử dụng và nâng cao giá trị cho vỏ sắn, đem lại lợi ích lớn cho nông dân và cải thiện quản lý môi

trường của khu vực, đặc biệt trong điều kiện vật giá xây dựng ở nước này khá cao

(Oladipo và cộng sự, 2013)

Nhìn chung, trong phương pháp xử lý chất thải rắn bằng phương pháp hoá – lý cơ học, chất thải vỏ sắn được quan tâm nhiều và chiếm ưu thế, những nghiên cứu trong lĩnh vực tận dụng vỏ sắn thải để tổng hợp thành vật liệu hấp phụ hay thành than sinh học ứng dụng trong xử lý môi trường đang thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Tuy nhiên, vấn đề đa dạng hấp phụ vẫn chỉ nằm ở mức nhỏ lẻ chưa đa dạng chỉ tiêu có thể hấp phụ hay khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sử dụng vật liệu hấp phụ từ vỏ sắn, xác định các dung

môi và điều kiện phù hợp cho quá trình giải hấp vẫn chưa được nghiên cứu nhiều Do vậy, một nghiên cứu tổng hợp chế tạo than sinh học hấp phụ các chất ô nhiễm như màu, kim loại nặng và xem xét các điều kiện ảnh hưởng để đạt mức hấp phụ tối ưu là cần thiết, ngoài ra nó như một phương án tái sử dụng vỏ sắn thứ 2 để so sánh hiệu quả

về tính kinh tế, điều kiện thực hiện, khả năng ứng dụng… sẽ là một định hướng nghiên cứu mở rộng đầy tiềm năng trong tương lai của đề tài

1.3.2 Xử lý hoặc tái sử dụng chất thải rắn từ sắn theo phương pháp sinh học

Trong những năm gần đây đang phát triển các xu hướng sử dụng hiệu quả hơn những phế phẩm nông nghiệp như bã sắn, bã mía, vỏ hay bã cà phê, xác táo, bột củ cải đường… cho sản xuất hóa chất và các sản phẩm khác có giá trị cao như ethanol, SCP (single cell protein), nấm, enzyme, acid hữu cơ, amino acid, chất chuyển hóa thứ cấp hoạt tính sinh học, …

Các VSV thường sử dụng tinh bột làm chất nền cho sự tăng trưởng và hoạt động nhìn chung đều ưa chuộng sử dụng tro bã sắn vì hàm lượng tinh bột cao Tuy nhiên, các loại nấm sợi đã được sử dụng rộng rãi nhất

Các quá trình liên quan đến sự phát triển và nhân sinh khối của các vi khuẩn trên tro vỏ sắn thông thường có thể được phân thành hai nhóm: các quy trình dựa trên quá trình lên men lỏng, và quy trình dựa trên quá trình lên men trạng thái rắn (SSF – solid state fermentation) Theo nghiên cứu của Soccol cho rằng hầu hết các công việc đã được thực hiện trong hệ thống SSF Với khả năng giữ nước cao (85-90%) cũng làm cho nó trở thành một chất nền lý tưởng cho quá trình SSF Còn quá trình lên men ngập nước (SmF – Submerged Fermentation) hiếm khi được sử dụng vì lý do hiệu quả chi phí chưa cao (Soccol, 1996)

Chất thải rắn từ sắn đã được áp dụng trong các quá trình sinh học như sau:

a Sản xuất các hợp chất tạo mùi thơm

Một trong những lĩnh vực ứng dụng quan trọng của bã thải sắn trong xử lý sinh học

là tạo ra mùi vị và hương thơm Như Bramorski (Bramorski và cộng sự, 1998) đã so sánh hương thơm trái cây bằng Ceratocystic fimbriata trong chất thải rắn từ một số phế phẩm nông nghiệp như sau: tro bã sắn, xác táo, rau dền và đậu nành Tro bã sắn đã được dùng phối hợp với đậu nành và xác táo Tất cả các môi trường đều hỗ trợ phát triển của nấm, môi trường có chứa bã sắn với bã táo hoặc đậu nành được sản xuất hương thơm trái cây rất tốt Quá trình tạo hương thơm phụ thuộc vào cường độ mùi cao nhất được phát hiện một vài giờ trước khi hoặc sau khi các respirometric hoạt động tối đa Mười sáu hợp chất này được tách bằng sắc ký khí của các thành phần có

trong các khoảng trống và 15 trong số đó được xác định là acid (1), rượu (6), aldehyde (1), ketones (2) và este (5) Christen (Christen và cộng sự, 1997) đã nghiên cứu hương

vị trái cây khác nhau từ các phế phẩm nông nghiệp như cám lúa mì, bã sắn và bã mía Tất cả các chất được chứng minh là chất nền thích hợp cho sự phát triển và sản xuất hương thơm của nấm mốc C fimbriata Khi thêm một chút Glucose vào môi trường rắn (200g/l) dẫn đến việc sản xuất của một hương thơm trái cây, trong khi nếu bổ sung leucine hoặc valine sẽ tạo ra hương thơm chuối mạnh Hai mươi bốn hợp chất này được phân cách bằng phân tích khoảng trống sử dụng GC và có 20 chất được xác định

là aldehyde (1), rượu (7), ketones (4) và este (8) Nó đã được chứng minh rõ ràng bằng sắc ký các khoảng trống của phụ thuộc vào các chất nền được sử dụng và các tiền chất cuối cùng thêm vào Khi leucine hoặc valine đã được thêm vào các bề mặt, sản xuất tổng hợp chất bay hơi tạo mùi trong khoảng trống cao hơn so với chuối chín gấp mười lần

b Sử dụng trong các quá trình chuyển hóa sinh học

Theo tổng quan về thành phần tinh bột bã sắn, có một cách tiếp cận đã được áp dụng để chuyển hóa sinh học này vào thực phẩm và thức ăn sử dụng nuôi cấy nấm ăn được Ngoài ra còn khám phá những giống Rhizopus có khả năng chuyển hóa tinh bột sắn thô có trong bã sắn Họ đã sử dụng 19 chủng Rhizopus trong SSF, nhưng chỉ có ba trong số chúng đã có khả năng chuyển hóa tinh bột đáng kể trong bã sắn, sáu chủng bị

ăn mòn vừa phải, bảy chủng rất yếu và ba chủng đã không thể phát triển (Soccol và cộng sự, 1995)

Dựa trên các kết quả, một dòng R oryzae đã được lựa chọn để nghiên cứu thêm Điều kiện lý tưởng cho các biến đổi sinh học của bã sắn trong SSF đã được xác định là: nhiệt độ 28 –32oC, với tỷ lệ cấy 105 bào tử/g bã khô, chất nền ẩm ban đầu và pH lần lượt là 70% và 5,7 – 6,4, và tỷ lệ C/N là 4,7 – 14 Sau 24 giờ lên men, các chất lên men cho thấy 12g protein/100g sắn bã mía trên cơ sở khối lượng khô, trong đó đã gần như gấp bảy hàm lượng protein ban đầu của bã sắn (1,67g/100g bã mía khô) Hệ số năng suất giữa tinh bột tiêu thụ và tổng hợp protein là khoảng 0,50 Các kết quả mô hình cho thấy loại khay đựng phản ứng sinh học được cho là phù hợp với sự lên men

mà không gây bất kỳ tổn thất đáng kể trong sự phát triển của các loại nấm sẽ có bề dày

từ 6 đến 8 cm Các bã sắn chuyển hóa sinh học cho thấy đạt yêu cầu về chất lượng thẩm định vi sinh theo yêu cầu của pháp luật hiện hành ở Brazil Hàm lượng protein trong trường hợp này là khoảng 13,5g/100g bã sắn khô Những kết quả này là quan

trọng, nhưng nó cần nghiên cứu thêm để nâng cao hàm lượng protein (Soccol và cộng

sự, 1995)

c Sản xuất thức ăn chăn nuôi

Adeyemi Isaiah Adeyemo (Adeyemo và cộng sự, 2014) đã sử dụng phương pháp thuỷ phân vỏ sắn và dùng nó thay thế cho ngô (bắp) để làm thức ăn nuôi gà và đánh giá tác động của chúng lên các mô gà Nghiên cứu kết luận rằng việc thay đổi đã tăng thêm lợi nhuận trong sản xuất thịt gà Các loài chim nói chung có thể được nuôi bằng

vỏ sắn đã qua thủy phân thay thế lên đến 50% lượng thức ăn như ở gà mà không có tác hại nghiêm trọng do quá trình thủy phân đã dẫn đến sự suy giảm hiệu lực của cyanide trong vỏ do đó làm cho nó trở nên an toàn và có thể có trong thức ăn chăn nuôi gà

Tổng kết lại, trong các nghiên cứu ứng dụng quá trình sinh học cho xử lý và tái sử

dụng chất thải rắn trong sản xuất tinh bột sắn ta có bảng tổng hợp như sau:

Bảng 1.3 Tổng hợp xử lý và tái sử dụng chất thải rắn từ sắn bằng sinh học

Nghiên cứu Loại chất

VS C fimbriata Bã sắn Hợp chất tạo mùi (Christen và cộng sự, 1997)

VS C fimbriata Bã sắn Hợp chất tạo mùi (Bramorski và cộng sự, 1998)

VS Rhizopus sp Bã sắn Biến đổi sinh học (Soccol và cộng sự, 1995)

Củ và lá sắn

Hình 1.2 Nhà máy sản xuất tinh bột mỳ Hùng Duy 2

Chú thích:

3: Hệ thống ủ Biogas xử lý nước thải 4: Hệ thống xử lý nước thải

5: Bãi chứa vỏ sắn thải (Điểm lấy mẫu)

Hình 1.3 Sơ đồ chế biến tinh bột khoai mì tại nhà máy Hùng Duy 2

Hiện nay, công suất của nhà máy đạt 250 tấn tinh bột/ngày, lượng khoai mì tươi

cần cho sản xuất một ngày có thể lên đến 1000 tấn Chất thải trong quá trình hoạt động

của nhà máy chủ yếu là nước thải từ việc rửa nguyên liệu, nước thải trong quá trình

chế biến củ sắn tươi thành tinh bột, bã sắn và vỏ sắn thải

Hùng Duy là một trong những nhà máy đi tiên phong trong việc đầu tư hệ thống

xử lý nước thải Biogas tại Tỉnh Tây Ninh Đồng thời nhà máy cũng đang vận hành hệ

thống xử lý nước thải công suất 5000 m3/ngày

Khoai mì tươi Tách tạp chất,

rửa sạch

Băm nhỏ, nghiền mài

Ly tâm tách mủ, tách nước

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CELLULOSE VÀ CELLULASE

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CELLULOSE

Cellulose là một polymer hữu cơ phổ biến nhất trong tự nhiên Hằng năm một lượng lớn sinh khối Cellulose (1,5 x 1012 tấn) được tạo thành chủ yếu từ quá trình

quang hợp

Cellulose được cấu tạo từ các gốc β - D glucopyranose được liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 glucoside Có công thức cấu tạo là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong

đó có thể nằm trong khoảng 5.000 – 14.000, là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế

bào thực vật Trong gỗ lá kim, Cellulose chiếm khoảng 41-49%, trong gỗ lá rộng nó

chiếm 43-52% thể tích

Hình 2.1 Cấu trúc Cellulose

2.2 GIỚI THIỆU VỀ ENZYME CELLULASE

Các chất thải có nguồn gốc Cellulose được VSV phân hủy bằng nhiều enzyme khác nhau Cellulase thủy phân Cellulose (liên kết 1,4 – β - D – glucoside) tạo ra sản phẩm chính là Glucose, cellobiose và cello-oligosaccharides

Có 3 loại enzyme Cellulase chính:

 Cellobiohydrolase (CBH hoặc 1,4 - β – D - glucan cellobioydrolase, EC 3.2.1.91): Enzym này cắt đầu không khử của chuỗi Cellulose để tạo thành cellobiose Khối lượng phân tử của các enzyme thuộc nhóm này trong khoảng

53 - 75 kDa Các enzyme này không có khả năng phân giải Cellulose dạng kết tinh mà chỉ làm thay đổi tính chất hóa lý của chúng

 Endo-β-1,4-cellulase (EG hoặc endo - 1,4 – β – D - glucan 4 - glucanohydrolase, EC 3.2.14) có khối lượng phân tử trong khoảng 42 – 49 kDa Chúng hoạt động ở nhiệt độ khá cao và tham gia phân giải liên kết β - 1,4 glucosid trong Cellulose trong lichenin và β – D - glucan Sản phẩm của quá trình phân giải là cellodextrin, cellobiose, và Glucose

 β-glucosidase (BG-EC 3.2.1.21): có khả năng hoạt động ở pH rất rộng (pH 4,4 – 4,8), khối lượng phân tử trong khoảng 50 – 98 kDa, pI = 8,4 và có thể hoạt động ở nhiệt độ cao β-glucosidase tham gia phân hủy cellobiose, tạo thành Glucose

Enzyme thủy phân Cellulose có thể được tách thành nhiều thành phần, chẳng hạn như enzyme Cellulase của VSV có thể bao gồm một hoặc nhiều CBH, một hoặc nhiều

EG và có thể có β-glucosidase Hệ thống hoàn chỉnh bao gồm CBH cellulase, EG và

BG phối hợp để chuyển đổi Cellulose thành Glucose Các enzyme exo - cellobiohydrolases và endocellulases cùng hoạt động để thủy phân Cellulose thành các đoạn ngắn oligosaccharides Các oligosaccharides (chủ yếu là cellobiose) sau đó được

thủy phân để tạo ra Glucose bằng β - glucosidase

Cellulase có thể được tổng hợp từ rất nhiều nguồn khác nhau trong tự nhiên, trong

đó chủ yếu có nguồn gốc từ VSV như vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc và một số loại nấm men Do ưu điểm về thời gian sinh trưởng, kích thước, hiệu suất sản sinh enzyme nên VSV thường được sử dụng để sản xuất các chế phẩm enzyme

Cellulase được sử dụng trong công nghiệp dệt, trong chất tẩy rửa, ngành công nghiệp giấy, cải thiện thức ăn chăn nuôi, trong công nghiệp thực phẩm các enzyme này chiếm một phần đáng kể của thị trường Sản xuất ethanol sinh học từ Cellulose, hemicellulose và lignin (lignocellulosic) sẽ giải quyết được mối quan tâm về tình trạng thiếu nhiên liệu hóa thạch, cũng như ô nhiễm không khí do đốt các nguyên liệu hóa thạch Đặc biệt là sử dụng enzyme Cellulase và hemicellulase để thủy phân lignocellulosic Tuy nhiên việc sản xuất ethanol cũng cần chú ý đến hiệu quả kinh tế Sản xuất cellulase thương mại đã được thử nghiệm bằng cách nuôi cấy cùng lúc trên môi trường rắn hoặc nuôi cấy chìm và nuôi cấy liên tục Môi trường được sử dụng trong nuôi cấy VSV sinh tổng hợp enzyme Cellulase có chứa các nguồn Cellulose khác nhau, hoặc lignocellulosic, đặc biệt trong lên men chất rắn

Hình 2.2 Ba loại phản ứng xúc tác bởi enzyme Cellulase

2.2.1 Vi sinh vật sản xuất cellulase

Vi khuẩn có khả năng phân giải Cellulose chủ yếu là phân giải carbohydrate thường không sử dụng protein hay lipid làm nguồn năng lượng cho sự sinh trưởng Trong số các VSV phân giải Cellulose đáng chú ý nhất là vi khuẩn Cellulomonas cytophaga (xạ khuẩn) Hầu hết các loại nấm có thể sử dụng nhiều carbohydrate khác ngoài Cellulose, trong khi ở các loài sống trong điều kiện kỵ khí thì có sự lựa chọn về nguồn carbohydrate, Cellulose Khả năng tiết protein ngoại bào lớn là đặc trưng của một số loại nấm, đặc điểm này được khai thác để sản xuất enzyme Cellulase ngoại bào

ở quy mô lớn Nấm Trichoderma reesei đã được sử dụng phổ biến để sản xuất

Cellulase ngoại bào Hầu hết các nghiên cứu về sinh vật phân giải Cellulose tập trung vào các loài nấm (Trichoderma, Humicola, Penicilium, Aspergillus, Actinomucor), vi khuẩn Pseudomonas, Cellulomonas, Actinomycetes và Streptomyces) (Bảng 2.1) Trong một số loại nấm sử dụng Cellulose làm nguồn carbon, chỉ có một vài chủng

có khả năng tiết ra phức hợp các enzyme Cellulase có thể ứng dụng trong thực tế để

thuỷ phân Cellulose Bên cạnh T reesei, một số loài nấm khác như Penicillium,

Humicola và Aspergillus có khả năng sản xuất Cellulase ngoại bào cao

Bảng 2.1 Các vi sinh vật sử dụng trong sản xuất enzyme Cellulase

C thremocellum

để xử lý rác thải sinh hoạt

Nguyễn Lan Hương và cộng sự đã phân lập và tuyển chọn được một số chủng vi khuẩn và xạ khuẩn có hoạt tính Cellulase, sau đó bổ sung vào bể ủ rác thải đã rút ngắn được chu kỳ xử lý rác thải sinh hoạt từ 5 - 7 ngày Nhiều chủng vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm đã được nghiên cứu và ứng dụng có hiệu quả trong quá trình xử lý rác thải ở Việt Nam (Hương và cộng sự, 1999)

Nhiều chế phẩm vi sinh chứa hệ sinh vật sinh tổng hợp Cellulase đã được nghiên cứu và sản xuất để xử lý rác thải Chẳng hạn chế phẩm Micromix 3 khi bổ sung vào bể

ủ rác thải có thổi khí đã rút ngắn được 15 ngày ủ, giảm một nửa thời gian lên men so với đối chứng Đồng thời, lượng mùn tạo thành khi xử lý rác bằng chế phẩm Micromix

3 cao hơn 29% và các chất dinh dưỡng cao hơn 10% so với đối chứng Sản phẩm của quá trình xử lý rác thải được phối trộn và bổ sung thêm một số VSV có ích cố định đạm tạo thành phân bón vi sinh, được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp đã góp phần nâng cao năng suất cây trồng, giảm thiểu được nguồn và nguy cơ gây ô nhiễm môi trường (Bảng và cộng sự, 1999)

Ngoài ra, những nghiên cứu ảnh hưởng của cellulase đến nấm gây bệnh cây trồng như Cellulase của Trichoderma harzianum đã được áp dụng để sản xuất thuốc bảo vệ

thực vật sinh học (Cường và cộng sự, 2003)

2.3 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN

2.3.1 Nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Trúc Ngân, Phạm Thị Ngọc Lan (Ngân và cộng sự,

2014) về tìm hiểu khả năng phân giải cenllulose của VSV phân lập từ chất thải rắn của nhà máy Fococev Thừa Thiên Huế đã đánh giá khả năng phân giải hợp chất hữu cơ Cellulose của một số hệ VSV, bên cạnh đó còn tiến hành nuôi cấy lắc liên tục để xác định được khoảng thời gian mà VSV cho hoạt tính enzyme cellulase cũng như sinh khối cao nhất

Năm 1999, Tăng Thị Chính và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu các điều kiện lên men và ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến khả năng sinh tổng hợp cellulase của một số chủng vi khuẩn ưa nhiệt được phân lập từ bể ủ rác thải, nhằm tìm ra điều kiện tối ưu nhất cho khả năng sinh tổng hợp cellulase, ứng dụng vào việc xử lý rác thải chứa nhiều Cellulose Kết quả cho thấy, các chủng VSV nghiên cứu có khả năng chịu được nhiệt độ 80oC, nhiệt độ lên men tối ưu từ 45oC đến 55oC, pH môi trường ban đầu thích hợp nhất khoảng 8,0 Nguồn carbon tốt nhất cho sinh trưởng và sinh tổng hợp cellulase của các chủng vi khuẩn nghiên cứu là Glucose và CMC, nguồn nitrogen là peptone và cao nấm men Các tác giả cũng đã nghiên cứu động học của quá trình sinh tổng hợp cellulase và kết quả cho thấy, thời gian tích lũy cao nhất ở 48 giờ lên men (Chính và cộng sự, 1999)

Nguyễn Đức Lượng và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu khả năng sinh tổng hợp cellulase của Actinomyces griseus Qua nghiên cứu các tác giả thấy rằng khả năng sinh

tổng hợp cellulase của A griseus rất cao và tối ưu ở 58oC, pH ban đầu là 6,7, độ ẩm ban đầu là 55% với thời gian nuôi cấy là 72 giờ Nguồn lignocellulose thích hợp là bã mía hoặc mùn cưa (Lượng và cộng sự, 1999) Phạm Thị Ngọc Lan và cộng sự cũng đã tiến hành nghiên cứu và tuyển chọn được một số chủng xạ khuẩn ưa ấm phân lập từ mùn rác ở một số nơi có khả năng phân giải Cellulose mạnh Trong số 195 chủng xạ khuẩn nghiên cứu thì các chủng xạ khuẩn phân lập được từ các mẫu rơm mục và đất chân đống rơm có khả năng phân giải Cellulose và CMC mạnh nhất (Lan và cộng sự, 1999)

Trong số các loài VSV, nấm sợi là một trong những đối tượng có khả năng sinh tổng hợp cellulase cao Việc tìm ra các chủng nấm sợi có khả năng phân hủy Cellulose cao và tối ưu điều kiện sinh tổng hợp cellulase của chúng đang là vấn đề được nhiều

tác giả quan tâm Đặng Minh Hằng đã nghiên cứu tuyển chọn được hai chủng nấm sợi

có khả năng phân giải Cellulose cao Tác giả cũng đã nghiên cứu và tìm ra được một

số điều kiện tối ưu cho khả năng sinh tổng hợp cellulase của hai chủng nấm này (Hằng, 1999) Hoàng Quốc Khánh và cộng sự đã nghiên cứu khả năng sinh tổng hợp

và đặc điểm của cellulase từ chủng A niger NRRL-363 Qua nghiên cứu, tác giả đã

tìm ra được một số thông tin và điều kiện cơ bản cho sự tổng hợp cellulase của chủng này trên môi trường trấu xay và một số chất thải công nghiệp như mật rỉ đường (Khánh và cộng sự, 2003)

2.3.2 Nghiên cứu trên thế giới

Nuôi cấy vi khuẩn trên môi trường thạch có thể thủy phân CMC, trấu, bã mía, và giấy vụn, trong đó CMC cho kết quả thủy phân tốt hơn Hiệu suất thủy phân CMC tăng lên khi nồng độ CMC ngày càng tăng từ 5 – 50 g/l Khi nồng độ CMC là 10g/l thì sản lượng đường khử và tốc độ sản sinh đường khử chỉ đạt được lần lượt là 5,531mg/l/h và 92,9 mg/l/h Vả lại, việc phân lập vi khuẩn sinh H2 (mà chủ yếu là dòng Clostridium) đã được sử dụng để biến đổi sự thủy phân Cellulose thành năng lượng H2 Với nồng độ đường khử ban đầu là 0,8 g/l, sản lượng và số lượng H2 lần lượt khoảng 23,8ml/l và 1,21 mmol H2/g đường khử (0,097 mmol H2/g Cellulose) (Lo, 2008)

Clostridium josui sp nov là vi khuẩn Gram dương, hình que, kỵ khí bắt buộc, ưa

ấm phát triển tốt nhất ở 45oC và pH = 7,0, là vi khuẩn tạo bào tử hình tròn được tìm thấy trong phân Dòng này thủy phân Cellulose nguyên thủy, trấu, và những nguyên liệu có chứa Cellulose khác Đây là dòng vi khuẩn sản xuất ethanol, acetate, butyrate, hydrogen, CO2 trong suốt quá trình phát triển trên môi trường Cellulose và cellobiose (Sukhumavasi và cộng sự, 1988)

Ashok Pandey nghiên cứu về tiềm năng công nghệ sinh học của phụ phẩm công – nông nghiệp đã cho thấy bã sắn chứa 30 – 50% là tinh bột rất phù hợp cho việc tái sử dụng thành các sản phẩm như axit hữu cơ, các hợp chất có lợi và hương thơm, và trồng nấm nấm thông qua xử lý bằng VSV (Pandey và cộng sự, 2000)

Tổng kết lại từ quá trình tìm hiểu một số nghiên cứu trên thế giới có thể thấy rằng VSV phân giải Cellulose đã được nghiên cứu khá nhiều ở cả Việt Nam và trên Thế giới Tuy nhiên vật liệu nghiên cứu lại chủ yếu là từ rác thải, bã mía, giấy, mà chưa chú trọng nhiều vào vỏ sắn thải Nguyễn Ngọc Trúc Ngân và Phạm Thị Ngọc Lan ở đại học Huế đã từng nghiên cứu về vỏ sắn nhưng chỉ dừng lại ở mức đánh giá khả năng phân giải thông qua đường kính vòng phân giải Chính vì thế cần có thêm các đề tài nghiên cứu sâu hơn để có những định hướng tốt hơn trong việc xử lý lượng vỏ sắn thải trong quá trình chế biến tinh bột

2.3.3 Đặc tính sinh học của các chủng vi sinh vật trong kết quả đề tài

a Corynebacterium alkanolyticum

Corynebacterium alkanolyticum là vi khuẩn Gram dương, hiếu khí họ là trực khuẩn (hình que) Chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên như đất, nước, thực vật và thực phẩm Một số loài Corynebacterium thậm chí có thể được tìm thấy trong niêm mạc và

da động vật và con người

Loài Nonpathogenic của Corynebacterium được sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp rất quan trọng, chẳng hạn như sản xuất axit amin nucleotide và các chất dinh dưỡng khác; chuyển đổi sinh học steroid; làm suy thoái các hydrocacbon làm phô mai;

và sản xuất các enzyme Một số loài sản xuất các chất chuyển hóa tương tự như thuốc kháng sinh Một trong các loài được nghiên cứu nhiều nhất là C glutamicum, được ứng dụng khả năng của chúng để sản xuất axit glutamic trong điều kiện hiếu khí Được

sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm như bột ngọt trong sản xuất nước sốt đậu nành và sữa chua

b Bacillus amyloliquefaciens

Bacillus amyloliquefaciens thuộc họ Bacillaceae, giống hoặc chi Bacillus, vi khuẩn gram dương, catalase dương tính, hiếu khí, hình que và di động, kích thước tế bào (3,2 – 3,9) × (0,9 – 1,0) µm, đứng riêng rẽ hoặc xếp đôi Chủng SP 1901 có khả năng sinh nội bào tử hình trụ, thường nằm lệch về một phía tế bào nhưng không làm biến dạng hình que đặc trưng của tế bào Sinh vật này được tìm thấy trong mẫu đất tự nhiên, là vi khuẩn hình thành bào tử Bacillus amyloliquefaciens được biết đến với khả năng làm suy thoái protein ngoại bào, được tìm thấy là có ích Những nghiên cứu trước đây cho rằng Bacillus amyloliquefaciens tiết ra một yếu tố bền nhiệt có hoạt tính kháng sinh lại VSV gram dương và có khả năng phân giải nhanh chóng nguyên sinh chất của Bacillus amyloliquefaciens

Trên môi trường nuôi cấy thạch NA, khuẩn lạc dạng tròn, có màu trắng sữa Bề mặt khuẩn lạc khô, lồi và sần sùi Mép khuẩn lạc có dạng hình răng cưa Khuẩn lạc bám chắc vào thạch sau 2 ngày nuôi cấy Chủng B amyloliquefaciens subsp plantarum SP 1901 có khả năng đồng hóa tốt 19 loại đường là glycerol, D-glucose, D-fructose, inositol, D-mannitol, D-sorbitol, methyl-αD-glucopyranoside, N-acetylglucosamine, amygdalin, arbutin, esculin, salicin, D-cellobiose, D-maltose, sucrose, D-trehalose, amidon (tinh bột), glycogen và gentiobiose; đồng hóa yếu L-arabinose, D-ribose, D-xylose, D-lactose và potassium 2-ketogluconate; lên men 24 loại đường trên tổng số 49 loại đường thử nghiệm để tạo thành axit là glycerol, L arabinose, D-ribose, D-xylose, D-glucose, D-fructose, inositol, D-mannitol, D sorbitol,

methyl-αD-glucopyranoside, N-acetylglucosamine, amygdalin, arbutin, esculin, salicin, D-cellobiose, D-maltose, D-lactose, sucrose, D-trehalose, D-raffinose, amidon (tinh bột), glycogen và gentiobiose Chủng SP 1901 sinh trưởng tốt trong giải nhiệt độ 20oC – 55oC với khoảng nhiệt độ tối ưu là 35oC – 45oC; pH 5,0 – 9,0 với pH tối ưu là 7,0; và nồng độ NaCl 1,0 – 7,0% Chủng B amyloliquefaciens subsp plantarum SP 1901 có khả năng sinh trưởng tốt trên môi trường có chứa 1% ox-bile nhưng yếu trên môi trường có chứa ox-bile từ 3% trở lên Tế bào của chủng SP 1901 có thể tồn tại trong dịch dạ dày nhân tạo ở pH 2,0 và pH 3,0 sau khi xử lý 3 giờ ở 37oC Trên môi trường thạch chứa 0,1% cơ chất, chủng B amyloliquefaciens subsp plantarum SP 1901 có khả năng sinh các loại enzyme ngoại bào như amylase, cellulose, lipase, phytase, protease và xylanase Trên thanh thử API ZYM, chủng SP 1901 có khả năng sinh esterase, esterase lipase, lipase, acid phosphatase, naphthol-ASBI-phosphohydrolase

và α-glucosidase

c Aspergillus niger

Niger Aspergillus hoặc A niger thuộc lớp Eurotiomycetes, họ Trichocomaceae, là một trong những loại nấm phổ biến nhất của chi Aspergillus Nó gây ra mốc đen trên rau quả, có phổ biến trong đất và môi trường xung quanh

Các chủng khác nhau của A niger được nuôi để sản xuất công nghiệp nhiều chất như axit citric và axit gluconic Các sản phẩm lên men của A niger được Tổ chức Y tế Thế giới và Cơ quan Dược – Thực phẩm Hoa Kỳ đánh giá là an toàn cho sử dụng trong thực phẩm ăn hàng ngày

Bên cạnh đó còn nhiều ứng dụng hữu ích của enzyme như A niger glucoamylase được sử dụng trong sản xuất xi-rô ngô có fructose cao, pectinaza được sử dụng trong rượu táo và rượu vang Alpha-galactosidase, một enzyme phân hủy các loại đường phức tạp, là thành phần của Beano và các sản phẩm khác làm giảm đầy hơi A niger là tác nhân chính trong quá trình lên men của trà Pu-erh, và một số loại shochu A niger cũng được nuôi để tách các enzyme glucose oxidase (GO), được sử dụng trong các thiết kế của đường cảm biến sinh học, do ái lực cao của nó với β-D-glucose Trong năm 2006, đã có báo cáo rằng RNase sản xuất bởi A niger gọi có thể chống xơ vữa mạch và ung thư

A niger còn thường được sử dụng như một sinh vật thách thức để làm sạch các nghiên cứu xác nhận thực hiện trong các cơ sở sản xuất vô trùng

d Aspergillus fumigatus

Aspergillus fumigatus là một loại nấm thuộc giống Aspergillus, lớp Eurotiomycetes, họ Trichocomaceae Đây là chủng xuất hiện rộng rãi trong tự nhiên,