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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP HCM NGUYỄN THỊ HỒNG OANH H KHẢO SÁT KHẢ NĂNG KẾT HỢP NẤM PHÂN HỦY TANNIN VÀ CELLULOSE C VỚI CHẾ PHẨM ENZYME ENCHOICE TE ĐỂ TĂNG CƯỜNG SINH HỌC H U TRONG QUÁ TRÌNH Ủ COMPOST TỪ MỤN DỪA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Mã số: 60 85 06 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HOÀI HƯƠNG TP HỒ CHÍ MINH, 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS Nguyễn Hoài Hương Cán chấm nhận xét : H Cán chấm nhận xét : C TE Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM ngày tháng năm 2012 H U Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Khoa Quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP HCM PHỊNG QLKH - ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM, ngày20 tháng 12 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Thị Hồng Oanh Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 13 – 12 – 1984 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường MSHV: 0981081022 I- TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát khả kết hợp nấm phân hủy tannin cellulose với chế phẩm enzyme Enchoice để tăng cường sinh học trình ủ compost từ mụn dừa H II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát khả phân hủy cellulose mụn dừa nấm SD4, C1 - Khảo sát khả phân hủy tannin mụn dừa nấm TN1, TN2 - Khảo sát khả kết hợp nấm phân hủy tannin cellulose với chế phẩm enzyme Enchoice TE C - - Khảo sát điều kiện độ ẩm tối tưu ủ thực nghiệm - Ủ mơ hình phân compost từ mụn dừa H U III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/12/2010 - (Ngày bắt đầu thực LV ghi QĐ giao đề tài) IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/03/2012 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.NGUYỄN HOÀI HƯƠNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Luận văn thực phịng thí nghiệm Trường Đại hoọc Kỹ Thuật Công nghệ Tp.HCM Để hồn thành luận văn tơi nhận nhiều động viên, giúp đỡ nhiều cá nhân tập thể Trước hết, xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Hồi Hương tận tình hướng dẫn tơi thực nghiên cứu Xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới thầy cô giáo, người đem lại cho kiến thức bổ trợ, vô có ích năm học vừa qua Cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy cô Ban Giám hiệu, Phòng Đào H tạo sau đại học, Phịng nghiệm khoa Mơi trường Sinh học, Phịng nghiệm khoa Cơng nghệ thực phẩm tạo điều kiện cho tơi q trình học tập làm C việc Cuối xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, số sinh viên khoa TE Cơng nghệ Sinh học khóa 07 08, người bên tôi, động viên, hỗ trợ khuyến khích tơi q trình thực đề tài nghiên cứu H U Xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày 15 tháng 03 năm 2012 Nguyễn Thị Hồng Oanh LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình Tôi xin cam đoan giúp đỡ Luận văn cám ơn thông tin trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc H Học viên thực Luận văn H U TE C Nguyễn Thị Hồng Oanh TĨM TẮT LUẬN VĂN Việt Nam sản xuất 680 triệu trái dừa/năm cho sản phẩm phụ 40,8 ngàn xơ dừa chất thải 95,2 ngàn mụn dừa, gây ô nhiễm môi trường trầm trọng mụn dừa chứa hàm lượng lignin (tối đa 55%), cellulose (tối đa 40%) tannin cao (tối đa 12%) Tận dụng mụn dừa làm giá thể trồng trọt đất sạch, phân bón đòi hỏi phải tiền xử lý mụn dừa rửa nước và/hoặc dung dịch kiềm gây ô nhiễm môi trường đất nước tannin bị rửa trôi Áp dụng tăng cường sinh học ủ compost mụn dừa nghiên cứu triển khai Ấn Độ đạt nhiều kết hứa hẹn Để thích ứng điều kiện Việt Nam, hỗn hợp vi sinh vật có khả tiết enzyme tannanse cellulase H sử dụng ủ compost mụn dừa, kết hợp với chế với phẩm enzyme thương mại Enchoice Kết cho thấy với mật độ VSV 107 bào tử/g, bổ sung 0,05% Enchoice C 0,5% NPK, compost thu sau 21 ngày ủ có tỉ lệ giảm khối lượng 46%, tỉ lệ H U TE giảm tannin 82%, tỉ số C/N lại 22:1 so với 51:1 lúc khởi điểm ABSTRACT About 680 million coconuts are produced annually in Vietnam with 40.8 thousand tons of coir fibre as a by-product and 95.2 thousand tons of coir pith as a solid waste which seriously pollutes the environment since the lignin, cellulose and tannin contents in the coir pith are rather high (max 55%, 44%, and 12% respectively) The valorization of coir pith such as its conversion into cocopeat and organic fertilizer requires a pretreatment step of water and/or alkaline washing, which pollutes soil and water environment as well due to the tannin leachage The application of bioaugmentation technology in coir pith composting has been studied H and developed in India with promising results In order to find a Vietnamese alternative for this problem, a mixture of tannase and cellulase producing fungal C conidia was used in coir pith composting, in combination with a commercial enzymatic preparation Enchoice The results showed that for the coir pith inoculated TE with 107 conidia/g tannase and cellulase producing fungi (for each strain), supplemented with 0.05% Enchoice and 0.5% NPK, sprayed with water to an initial moisture of 40%, after 21 days of incubation, the weight and its tannin content H U reduced 46% and 80% respectively, the C/N ratio reduced to 22:1, compared to the initial value of 51:1 i DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tổng sản lượng dừa, xơ dừa mụn dừa 50% vỏ trái Bảng 1.2 Các quốc gia trồng dừa sản xuất xơ dừa châu Á Thái Bình Dương Bảng 1.3 Thành phần hóa học mụn dừa Bảng 1.4 Thành phần khoáng mụn dừa Bảng 1.5 Độ hòa tan mụn dừa Bảng 1.6 Tính chất vật lý mụn dừa 10 Bảng 1.7 Các enzyme tham gia vào trình phân hủy lignin phản ứng chủ yếu 18 H Bảng 1.8 Các enzyme hemicellulase 24 Bảng 1.9 Các vi sinh vật phân hủy cellulose 29 C Bảng 1.10 Chủng vi sinh vật có khả phân giải enzyme tannase 35 Bảng 1.11 Tỷ lệ C/N chất thải 42 TE Bảng 1.12 Các tiêu chất lượng compost 46 Bảng 1.13 Giá trị dinh dưỡng mụn dừa trước sau ủ compost 52 Bảng 1.14 Các nghiên cứu tăng cường sinh học ủ compost mụn dừa 54 H U Bảng 2.1 Tóm tắt hoạt tính enzyme xác định cho chế phẩm Enchoice 62 Bảng 2.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát hoạt tính tannase N1, N2 N1/N2 mơi trường mụn dừa 63 Bảng 2.3 Thí nghiệm đánh giá khả áp dụng nấm phân hủy tannin N1 N2 EC ủ compost 65 Bảng 2.4 Thí nghiệm xác định độ ẩm thích hợp cho khối ủ compost có bổ sung vi nấm 65 Bảng 2.5 Thí nghiệm đánh giá khả áp dụng nấm phân hủy tannin N1 N2 nấm phân hủy cellulose C1 SD4 ủ compost phịng thí nghiệm 66 Bảng 2.6 Thí nghiệm ủ đánh giá chất lượng 67 Bảng 3.1 Tóm tắt kết phân tích hoạt tính enzyme chế phẩm Enchoice 74 Bảng 3.2 Độ giảm khối lượng khối ủ mụn dừa bổ sung N1, N2 EC 78 Bảng 3.3 Độ giảm khối lượng thay đổi độ ẩm khối ủ 81 Bảng 3.4 Độ giảm khối lượng áp dụng tăng cường sinh học với N1 và/hoặc N2 với nấm phân hủy xơ C1 SD4 83 Bảng 3.5 Độ giảm hàm lượng tannin sau 30 ngày ủ với tác nhân tăng cường sinh học 84 H U TE C H Bảng 3.6 Thành phần hóa học compost 87 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sản phẩm từ trái dừa Hình 1.2 Một số sản phẩm từ mụn dừa 11 Hình 1.3 Quy trình sản xuất cocopeat 12 Hình 1.4 Cấu trúc phụ phế phẩm giàu xơ 14 Hình 1.5 Sự phân hủy phụ phế phẩm lignocellulos tự nhiên cung cấp đường cho vi sinh vật khác 15 Hình 1.6: Các đơn vị lignin 16 Hình 1.7: Cấu trúc lignin gỗ mềm với nhóm chức 17 H Hình 1.8 Sơ đồ đơn giản hóa phản ứng phân hủy lignin nhờ enzyme LiP glyoxal oxidase 20 C Hình 1.9 Các nấm phân hủy lignin tiềm 21 Hình 1.10 Cấu trúc acid humic 22 TE Hình 1.11 Cấu trúc chung hemicellulose 23 Hình 1.12 Cơ chế xúc tác enzyme thủy phân hemicellulose 25 Hình 1.13 Hai mơ hình cấu trúc sợi cellulose 26 H U Hình 1.14 Các enzyme phức hợp cellulose 28 Hình 1.15 Nấm Trichoderma phân hủy cellulose 30 Hình 1.16 Một số vi khuẩn phân giải cellulose 31 Hình 1.17 Các cấu trúc tannin 33 Hình 1.18 Cơ chế hoạt động tannase 34 Hình 1.19 Quá trình ủ compost 37 Hình 1.20 Thay đổi nhiệt độ pH trình ủ compost 40 Hình 1.21 Ủ phân compost mụn dừa Ấn Độ 51 Hình 2.1 Bố trí thí nghiệm 59 Hình 2.2 Ni cấy vi nấm phương pháp phòng ẩm 60 Hình 2.3 Phát nhanh enzyme ngoại bào 61 Hình 3.1 Nấm N1 phân lập dựa khả thủy phân tannin 69 Hình 3.2 Nấm N2 phân lập dựa khả thủy phân tannin 70 Bổ sung VSV NPK (cân dinh dưỡng) làm tăng độ sụt khối lượng ủ rõ rệt So sánh độ giảm khối lượng mẫu ủ tăng cường EC, N1 N2 sau 15 ngày EC khơng có ý nghĩa nhiều khối ủ mụn dừa, hỗ trợ tốt bổ sung vi nấm NPK Xác định độ ẩm thích hợp cho khối ủ compost có bổ sung vi nấm W = 60% lớn vi nấm ĐỘ ẨM Ủ mụn dừa bổ sung EC N1, NPK % ĐỘ GIẢM KHỐI LƯỢNG SAU NGÀY Ủ SAU 10 NGÀY Ủ SAU 15 NGÀY Ủ 20% 1.67A±0.28 4.01A±0.53 8.19A±0.33 30% 2.50A±0.28 5.37A±0.62 8.70A±1.04 40% 2.7A±2.41 9.32B±3.00 15.66B±3.15 50% 1.36A±0.59 4.35A±0.88 2.32C±6.11 60% 1.71A±0.14 3.81A±1.09 1.51C±8.84 Đánh giá khả áp dụng nấm phân hủy tannin N1 N2 nấm phân hủy cellulose C1 SD4 ủ compost phịng thí nghiệm Mẫu Độ ẩm 40% EC , NPK TN trước % giảm khối lượng SAU NGÀY SAU 10 NGÀY SAU 15 NGÀY N1 4.01AB±1.44 8.69C±2.51 17.02B±0.80 N2 3.79AB±0.62 10.46BC±2.27 15.82B±5.52 N1+N2 4.12AB±1.49 8.18C±2.05 20.29B±2.70 N1+C1+ SD4 2.92B±1.56 7.62C±1.34 26.07A±0.41 N2+C1+ SD4 4.41AB±0.92 13.12AB±3.08 30.96A±0.83 N1+N2+C1+SD4 5.77A±1.79 15.77A±1.96 30.65A±3.01 Độ giảm hàm lượng tannin sau 30 ngày ủ với tác nhân tăng cường sinh học STT Mẫu Độ ẩm 40% EC , NPK TN trước % giảm tannin (so với mụn dừa tươi) ĐC_0+0 N1 75.00A ± 3.97 N2 81.70C ± 1.25 N 1+N2 80.51C ± 4.32 N1+C1+SD4 77.23B ± 2.00 N2+ C1+SD4 77.45B ± 3.00 N1+N2+C1+SD4 75.30A ± 3.30 Độ giảm khối lượng cao sử dụng N2 + C1 + SD4 N1+N2+C1+SD4 35 30 25 % 20 15 10 N1+N2+C1+SD4 N2+C1+SD4 N1+C1+SD4 N1+N2 N2 N1 ĐC_0+0 Khi sử dụng N1 N2 kết hợp nấm C1, SD4 tỉ lệ giảm tannin đến 80% %giam KL 15 ngày % tannin lại 30 ngày So sánh ảnh hưởng tác tác nhân tăng cường sinh học (vi nấm) lên độ giảm khối lượng khối ủ sau 15 ngày tannin sau 30 ngày Đánh giá chất lượng phân compost ủ thực nghiệm % giảm khối lượng 60 50 40 30 20 10 % giảm tannin 10 ngày 21 ngày ĐC (EC) TN (EC+VSV) 30 ngày 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 ĐC (EC) TỈ lệ giảm khối lượng compost sau 10, 21, 30 ngày ủ Sau 21 ngày ủ, mẫu TN giảm khối lượng 46%, tương ứng mẫu ĐC giảm 36% TN (EC+VSV) 10 ngày 21 ngày 30 ngày Tỉ lệ giảm tannin compost sau 10, 21 , 30 ngày ủ Sau 21 ngày ủ, mẫu TN giảm tannic 82%, tương ứng mẫu ĐC giảm 55% Hàm lượng cellulose lại sau 10, 21 ngày ủ Trong mẫu ủ ĐC bổ sung EC, hàm lượng cellulose lại khoảng 60% sau 10 ngày ủ, sau khơng đổi, ngược lại mẫu TN có bổ sung thêm VSV hàm lượng cellulose tiếp tục giảm xuống 40% sau 21 ngày ủ Đánh giá chất lượng compost Mẫu pH Khoáng N P K C:N ngày 6,5 2,8 1,1 0,2 0,8 51:1 10 ngày 7,5 3,8 1,6 0,3 1,4 32:1 21 ngày 7,0 5,1 2,4 0,5 1,8 22:1 Tỉ lệ C/N compost mụn dừa Ấn Độ 24:1, kết TN tỉ lệ C/N 22:1 Compost thành phẩm sau 21 ngày Tính kinh tế VẬT LiỆU Mụn dừa Bánh dầu (10%) ĐVT SỐ LƯỢNG 1000 ĐƠN GIÁ (VNĐ) kg THÀNH TiỀN 8,000 100 kg NPK (0.5%) 50 kg 16,000 750,000 EC Compost SD4 TN1 2.5 5.2 x 10^10 2.7 x 10^10 lít Bào tử Bào tử 65,000 162,500 70,000 70,000 497.5 lít Nước bổ sung Tổng cộng 800,000 1,782,500 mụn dừa 891 kg thành phẩm 1,782,500 VNĐ/tấn 2,001 VNĐ/kg KẾT LUẬN Nấm N1, N2 phân lập từ mụn dừa • Aspergillus spp • Thủy phân tannic acid Nấm C1 phân lập từ hố ủ rơm • C1 – Aspergillus spp., SD4 – Trichoderma spp • C1, SD4 phân hủy CMC (cơ chất enzyme cellulase) Nấm SD4 phân lập từ mụn dừa Chế phẩm enzyme thương mại Enchoice • Có hoạt tính CMCase, FPase, xylanase thích hợp với ủ compost phụ phế phẩm giàu xơ Hoạt tính tannase chất mụn dừa • Ủ mụn dừa bổ sung 0,5% ure với N1; N2 N1+N2 cho hoạt tính tannase cao Hoạt tính CMCase FPase • Ủ mụn dừa bổ sung 0,5% ure với C1, SD4 cho hoạt tính CMCase FPase Ảnh hưởng tăng cường sinh học enzyme VSV • NPK – cân dinh dưỡng, giảm KL • EC – khơng có vai trị rõ rệt • Kết hợp EC nấm phân hủy tannin (nhất N2) làm giảm khối lượng ủ nhiều điều kiện thí nghiệm Độ ẩm tối ưu tăng cường SH nấm mốc • 40% • Độ giảm khối lượng 15% (trường hợp N1) Ủ thí nghiệm với độ ẩm 40% • N1,N2,C1,SD4 • Độ giảm khối lượng 30% sau 15 ngày ủ, tannin giảm 80% sau 30 ngày ủ Ủ thực nghiệm quy mơ lớn • 0,5% NPK, 0,05% EC, N1, SD4 với mật độ 107 bào tử/g/loại • Sau 21 ngày ủ: giảm 46% KL, tannin giảm 82%; tỉ lệ C/N = 22:1 đạt yêu cầu KIẾN NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu hòan thiện chế phẩm phối hợp chủng Tăng quy mô ủ Đánh giá độ nhiễm tannin vùng đất ủ CÁM ƠN KS Nguyễn Minh Chương phân lập N1, N2 khoa MT-CNSH (cựu SV Khoa MT-CNSH) KS Trần Kim Dung phân lập C1, SD4 (cựu SV Khoa MT-CNSH) Cơ Đỗ Thị Tuyến, phịng Hợp chất có hoạt tính sinh học, VSHNĐ hỗ trợ phương pháp xác định hoạt tính enzyme CHÂN THÀNH CÁM ƠN QUÝ THẦY CÔ! ... ủ compost từ mụn dừa H II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát khả phân hủy cellulose mụn dừa nấm SD4, C1 - Khảo sát khả phân hủy tannin mụn dừa nấm TN1, TN2 - Khảo sát khả kết hợp nấm phân hủy tannin. .. - Khảo sát hoạt tính phân hủy tannin (tannase) chủng nấm có khả phân hủy tannin chất mụn dừa - Khảo sát hoạt tính phân hủy cellulose (cellulase) chủng nấm có khả phân hủy cellulose chất mụn dừa. .. Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường MSHV: 0981081022 I- TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát khả kết hợp nấm phân hủy tannin cellulose với chế phẩm enzyme Enchoice để tăng cường sinh học trình ủ