Tận dụng phế phẩm cá tra và vỏ dứa để sản xuất phân bón lá

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ XX NĂM 2018 TÊN CƠNG TRÌNH: TẬN DỤNG PHẾ PHẨM CÁ TRA VÀ VỎ DỨA ĐỂ SẢN XUẤT PHÂN BÓN LÁ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Lĩnh vực Tài nguyên Môi trường CHUYÊN NGÀNH: Môi Trường Mã số cơng trình: …………………………… i MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH SÁCH CÁC BẢNG .v DANH SÁCH CÁC HÌNH vii TÓM TẮT MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ .2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu cá tra 1.1.1 Đặc điểm sinh học cá tra 1.1.2 Các đặc điểm hóa học cá 1.1.3 Tình hình ni cá tra nước 1.1.4 Ảnh hưởng phế phẩm cá đối vối môi trường 1.2 Giới thiệu dứa 13 1.3 Giới thiệu enzyme bromelain 14 1.3.1 Đặc điểm enzyme bromelain 14 1.3.2 Tính chất enzyme bromelain 15 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng enzyme bromelain 17 1.4 Nghiên cứu nước việc sử dụng enzyme protease thủy phân protein cá .18 1.4.1 Quá trình thủy phân cá 22 1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân cá 23 1.5 Tình hình sản xuất rau Việt Nam .26 1.6 Giới thiệu rau 29 1.6.1 Giới thiệu cải 29 1.6.2 Giới thiệu đậu bắp .30 1.7 Một số nghiên cứu sử dụng phân bón trồng 33 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 ii 2.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu .36 2.2 Nội dung nghiên cứu 36 2.2.1 Đánh giá chất lượng nguyên liệu đầu vào (phụ phẩm cá tra) .36 2.2.2 Xác định hoạt tính enzyme bromelain cơng nghiệp enzyme bromelain có thành phần vỏ dứa .36 2.2.3 Khảo sát hiệu thuỷ phân enzyme bromelain công nghiệp enzyme bromelain từ vỏ dứa 37 2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình thủy phân phụ phế phẩm cá tra 38 2.2.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến trình thủy phân phụ phế phẩm cá tra 39 2.2.6 Khảo sát ảnh hưởng pH thủy phân phụ phế phẩm cá tra .39 2.2.7 Ổn định dịch thủy phân sorbic acid 40 2.2.8 Khảo nghiệm chế phẩm phân bón cho cải xanh trồng đồng .43 2.2.9 Khảo nghiệm chế phẩm phân bón cho đậu bắp trồng đồng .43 2.2.10 Xử lý số liệu 44 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Đánh giá chất lượng nguyên liệu đầu vào (phụ phế phẩm cá tra) 45 3.2 Xác định hàm lượng enzyme bromelain công nghiệp enzyme bromelain có thành phần vỏ dứa phương pháp Anson cải tiến 45 3.3 Khảo sát hiệu thuỷ phân enzyme bromelain công nghiệp enzyme bromelain vỏ dứa 46 3.4 Ảnh hưởng thời gian thủy phân phụ phế phẩm cá tra 47 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình thủy phân phụ phế phẩm cá tra .49 3.6 Ảnh hưởng pH đến trình thủy phân phụ phế phẩm cá tra 50 iii 3.7 Kết định lượng chất dịch thủy phân phụ phế phẩm tra enzyme 51 3.8 Ổn định dịch thủy phân sorbic acid .51 3.9 Phối chế dung dịch thủy phân thành phân bón để dùng cho rau 55 3.10 Chi phí sản xuất chế phẩm phân bón từ dịch thủy phân cá tra enzyme có vỏ dứa .55 3.11 Khảo nghiệm chế phẩm phân bón cho cải xanh trồng ngồi đồng 57 3.12 Khảo nghiệm chế phẩm phân bón cho đậu bắp trồng đồng 67 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .75 4.1 Kết luận 75 4.2 Đề nghị 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 iv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VIẾT TẮT THUẬT NGỮ TIẾNG VIỆT ĐC Đối chứng ĐVT Đơn vị tính NSLT Năng suất lý thuyết NSTT Năng suất thực thu NT Nghiệm thức NTS Nitơ tổng số v DANH SÁCH CÁC BẢNG SỐ TÊN BẢNG SỐ LIỆU TRANG 1.1 Thành phần dinh dưỡng cá tra (trên trọng lượng khô) 1.2 Thành phần có phế phẩm fillet cá tra 1.3 Thành phần dinh dưỡng phụ phẩm cá 11 1.4 Thành phần dinh dưỡng cá chế biến fillet 12 1.5 1.6 1.7 Tỷ lệ khối lượng, hàm lượng chất khô tổng số hoạt lực protease phần dứa Hoạt tính phân giải casein bromelain Hoạt tính phân giải Benzoyl – L – Arginine amide (BAA) bromelain 14 16 17 1.8 Tình hình xuất rau Việt Nam 28 1.9 Lượng phân bón cho cải xanh 30 1.10 Lượng phân bón cho đậu bắp 32 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Nghiệm thức khảo sát hiệu thuỷ phân enzyme bromelain công nghiệp enzyme bromelain từ vỏ dứa Nghiệm thức khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình thuỷ phân phụ phế phẩm cá tra Nghiệm thức khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến trình thuỷ phân phụ phế phẩm cá tra Nghiệm thức khảo sát ảnh hưởng pH đến trình thuỷ phân cá tra Nghiệm thức khảo sát ảnh hưởng sorbic acid việc ổn định dung dịch thuỷ phân Nghiệm thức khảo nghiệm phân bón cho cải xanh ngồi đồng Nghiệm thức khảo nghiệm phân bón cho đậu bắp đồng 37 38 39 40 41 43 44 vi 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Kết phân tích N tổng số Protein tổng số nguyên liệu đầu vào Hoạt tính enzyme bromelain có vỏ dứa enzyme cơng nghiệp Hiệu thủy phân phụ phẩm cá tra của enzyme bromelain công nghiệp enzyme bromelain vỏ dứa Ảnh hưởng thời gian đến trình thủy phân phụ phế phẩm cá tra Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình thủy phân phụ phế phẩm cá tra Ảnh hưởng pH đến trình thủy phân phụ phế phẩm cá tra Ảnh hưởng nồng độ sorbic acid đến độ ổn định dịch thủy phân 45 45 46 47 49 50 51 3.8 Hàm lượng chất dịch thủy phân trước phối trộn 52 3.9 Chi phí sản xuất chế phẩm (1L) từ dịch thủy phân cá tra 56 3.10 Ảnh hưởng chế phẩm phân bón đến chiều cao rau cải 57 3.11 Ảnh hưởng chế phẩm phân bón đến số rau cải 58 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 Ảnh hưởng chế phẩm phân bón đến trọng lượng suất cải Ảnh hưởng chế phẩm phân bón đến ngày hoa ngày thu hoạch đậu bắp Ảnh hưởng chế phẩm phân bón đến chiều cao đậu bắp Ảnh hưởng chế phẩm phân bón đến số lượng trọng lượng trung bình đậu bắp Ảnh hưởng chế phẩm phân bón đến suất đậu bắp 59 67 68 69 70 vii DANH SÁCH CÁC HÌNH SỐ TÊN HÌNH ẢNH TRANG 1.1 Cá tra 1.2 Cấu trúc sợi hydrate carbon bromelain 16 1.3 Trình tự acid amin phân tử bromelain 16 1.4 Quá trình thủy phân cá 23 3.1 3.2 3.3 3.4 Hiệu enzyme bromelain công nghiệp enzyme bromelain vỏ dứa Ảnh hưởng thời gian đến trình thủy phân phụ phế phẩm cá tra Ảnh hưởng pH đến trình thủy phân phụ phế phẩm cá tra Ảnh hưởng nồng độ sorbic acid đến độ ổn định dịch thủy phân 46 48 50 52 3.5 Chế phẩm phân sinh học cá 56 3.6 Khối lượng trung bình cải 60 3.7 Năng suất lý thuyết cải 60 3.8 Năng suất thực thu cải 61 3.9 Chiều cao rau cải sau trồng10 ngày 62 3.10 Chiều cao rau cải sau trồng 18 ngày 63 3.11 Chiều cao rau cải sau trồng 26 ngày 64 3.12 Cây cải xanh cơng thức thí nghiệm 65 – 66 3.13 Năng suất đậu bắp 70 3.14 Cây đậu bắp ngày thứ 42 71 3.15 Cây đậu bắp ngày thứ 57 72 3.16 Cây đậu bắp ngày thứ 72 73 3.17 Cây đậu bắp công thức 74 TĨM TẮT Đề tài “Tạo bón từ phụ phế phẩm cá tra vỏ dứa” tiến hành từ tháng 10/2017 đến hết tháng 7/2018 Mục tiêu nghiên cứu đề tài sử dụng enzyme bromelain có vỏ dứa (thơm) để thủy phân phế phẩm cá tra (đầu, xương da, nội tạng) tạo phân bón lá, nhằm tận dụng nguồn phế liệu để sử dụng nông nghiệp, giảm nguồn chất thải mơi trường tiết kiệm chi phí nhập phân bón nơng nghiệp Đề tài thực phịng thí nghiệm để tìm thơng số kỹ thuật cho quy trình sản xuất phân bón từ nguồn phế phẩm thử nghiệm chế phẩm phân bón ngồi đồng ruộng Kết nghiên cứu đề tài cho thấy: Khả thủy phân dịch ép từ vỏ dứa tương đương với enzyme bromelain cơng nghiệp Sử dụng enzyme có vỏ dứa để thủy phân cá tra tối ưu điều kiện pH = 5,5, nhiệt độ 50℃, thời gian thủy phân 150 phút với vỏ dứa 56g dứa (tương đương 35IU) hay 15ml dịch enzyme thô từ vỏ dứa 10g phụ phẩm cá tra Mục tiêu nghiên cứu đề tài: - Xác định chất lượng nguồn nguyên liệu phế phẩm - Xác định hiệu thủy phân phụ phế phẩm cá tra enzyme bromelain công nghiệp enzyme bromelain vỏ dứa - Xác định ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian, pH đến hiệu thủy phân phụ phế phẩm cá tra enzyme bromelain có vỏ dứa - Tạo chế phẩm phân bón từ phụ phế phẩm cá tra enzyme bromelain có vỏ dứa - Xác định hiệu trồng dịch thủy phân chế phẩm từ vỏ dứa phế phẩm cá tra MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Sản xuất nông nghiệp đóng vai trị quan trọng kinh tế Việt Nam Trong sản xuất nơng nghiệp, phân bón yếu tố góp phần tăng suất trồng Hàng năm nước ta tốn khoản ngoại tệ lớn để nhập phân bón Theo Bộ Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn (NN&PTNT), ước tính khối lượng nhập phân bón loại tháng đầu năm 2018 đạt 1,83 triệu 524 triệu USD (báo Công thương ngày 30/05/2018) chủ yếu phân vô Trong tổng số 7.711 loại phân bón, có 4.683 loại phân bón lá, chiếm 60,1% tổng số loại phân bón Đây số lớn, song lại chưa quan tâm đến chất lượng hướng dẫn sử dụng (Cục Trồng trọt - Trung tâm Khuyến nông Quốc gia, 2007) Tuy nhiên, sử dụng phân hóa học thiếu khoa học khơng làm lãng phí tiền mà cịn ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường vấn đề an tồn thực phẩm Do đó, sản xuất nơng nghiệp giới quay trở lại vào đường sản xuất nơng nghiệp hữu cơ, phân bón vơ thay phân bón hữu Nhằm tạo sản phẩm phân bón chất lượng, tăng suất sản phẩm đảm bảo an toàn cho người, nhà khoa học nghiên cứu số chế phẩm sinh học hiệu cao sử dụng làm phân bón như: phân bón làm từ trùn quế, phân bón từ dịch thủy phân protein cá acid enzyme (N Wisuthiphaet, S Klinchan, S Kongruang, 2016; Bhaskar Mahendrakar, 2008; Phạm Đình Dũng Trần Văn Lâm, 2013), Trong năm gần xuất thủy hải sản trở thành ngành xuất mũi nhọn lớn kim ngạch toàn ngành đất nước Theo Tổng cục Thủy sản tính đến ngày 30/9/2017, nước có 104 sở sản xuất giống cá tra có 23 nhà máy chế biến cá tra Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA) công nhận đủ điều kiện xuất vào Mỹ Sản lượng thu hoạch 11 tháng đầu năm 2017 đạt 1.207,5 ngàn (Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn, 2017) Lượng phụ phẩm sau phi lê bao gồm: thịt vụn, đầu, xương, vây,…tăng tỷ lệ thuận với lượng cá fillet xuất Trung bình sản xuất 1kg thành phần cá fillet đông lạnh cần khoảng 2,6kg cá 48 Source DF Squares Mean Square Model 539.9108444 107.9821689 Error 12 12.5661333 1.0471778 Corrected Total 17 552.4769778 R-Square Coeff Var Root MSE 0.977255 1.934843 1.023317 F Value 103.12 Pr > F F NT 539.9108444 107.9821689 103.12 F Model 521.9029833 104.3805967 97.57 F F 63.07 F F Model 574.2587833 114.8517567 27.32 F F 26.28 F F 32.79 F