Tiềm năng sử dụng phụ phế phẩm vỏ dứa trong xử lý rác nhà bếp thành sản phẩm ứng dụng trong nông nghiệp

Bài viết này nhằm mục đích tổng quan về công nghệ sử dụng enzyme Bromelain phân hủy rác thải sinh hoạt và tiềm năng sử dụng vỏ dứa để xử lý rác thải, đặc biệt trong xử lý chất thải để định hướng nghiên cứu trong xử lý chất thải nhà bếp tạo phân bón lá sử dụng trong nông nghiệp.

TIỀM NĂNG SỬ DỤNG PHỤ PHẾ PHẨM VỎ DỨA TRONG XỬ LÝ RÁC NHÀ BẾP THÀNH SẢN PHẨM ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP Trần Ngọc Phƣớc, Phạm Thị Hồng Thuận, Đỗ Thị Mỹ Hảo GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Đại học Công nghệ TP.HCM (HUTECH), Việt Nam TĨM TẮT Hiện nay, sản xuất nơng nghiệp đóng vai trị quan trọng kinh tế Việt Nam Trong sản xuất nơng nghiệp, phân bón yếu tố quan trọng góp phần tăng suất trồng Tuy nhiên, sử dụng phân bón cách không gây ảnh hưởng đến môi trường chất lượng sản phẩm vấn đề nan giải Ngoài với tiến khoa học ứng dụng, nhà khoa học nghiên cứu số loại chế phẩm sinh học hiệu cao sử dụng làm phân bón như: phân bón từ trùng quế, phân bón từ dịch thủy phân xúc tác enzyme,… Theo nghiên cứu nước cho thấy tất phụ phế phẩm vỏ dứa có mặt enzyme Bromelain, loại enzyme có khả thủy phân protein chất hữu đơn giản có rác hữu Hiện nay, enzyme Bromelain ứng dụng rộng rãi với nhiều lợi ích lĩnh vực khác như: công nghiệp, y học, thực phẩm đặc biệt nông nghiệp môi trường Bài báo nhằm mục đích tổng quan cơng nghệ sử dụng enzyme Bromelain phân hủy rác thải sinh hoạt tiềm sử dụng vỏ dứa để xử lý rác thải, đặc biệt xử lý chất thải để định hướng nghiên cứu xử lý chất thải nhà bếp tạo phân bón sử dụng nơng nghiệp Từ khóa: Chế phẩm sinh học, enzyme bromelain, rác thải nhà bếp, vỏ dứa ĐẶT VẤN ĐỀ Dứa (ananas comosus) loại ăn quan trọng giới đứng thứ sau chuối có múi, với tổng sản lượng dứa đạt 20 triệu tấn/năm Trong Châu Á chiếm 50% sản lượng Mặt hàng dứa chiếm vị trí đầu cấu sản phẩm tươi thị trường (trên 50%, theo số liệu FAO 2004) Tại Việt Nam, dứa trồng với sản lượng 500.000 tấn/năm, 90% diện tích tập trung phía Nam Hàng năm nước ta, lượng lớn phế phẩm dứa thải bỏ Trong đó, lượng phế phẩm (lõi, chồi, vỏ lá) chiếm đến 70% tổng khối lượng nguyên liệu đầu vào trở thành vấn đề nhà máy chế biến [ ] [ ] Theo Bộ Nông 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 Việc sử dụng phân hóa học thiếu khoa học khơng lãng phí tiền mà cịn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến mơi trường vấn đề an tồn thực phẩm Tính đến tháng 12/2017, số lượng sản phẩm phân bón hữu sản xuất, kinh doanh sử dụng 713 sản phẩm (hữu cơ: 32, hữu khoáng: 268, hữu sinh học: 169, hữu vi sinh: 239, hữu cải tạo đất: 5), chiếm 5% so với tổng số sản phẩm phân bón (14.318 sản phẩm), cịn lại 93,7% phân bón vơ (13.423 sản phẩm) 1,3% phân bón sinh học (182 sản phẩm) Tuy nhiên, sử dụng phân bón hóa học thiếu khoa học gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến mơi trường vấn đề an tồn thực phẩm [ ] Do vậy, với định hướng đề tài tận dụng rác thải hữu có rác thải nhà bếp sử dụng enzyme Bromelain phụ phế phẩm vỏ dứa để nghiên cứu khả xử lý rác thải hữu “Tạo phân bón từ phụ phế phẩm vỏ dứa rác thải hữu cơ” 852 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN TẬN DỤNG PHỤ PHẾ PHẨM VỎ DỨA 2.1 Công nghiệp Dứa nguồn cung cấp enzyme Bromelain công nghiệp Theo nghiên cứu cho thấy phụ phế phẩm dứa sử dụng làm chất để sản xuất Bromelain, acid hữu cơ, ethanol, v.v… Vì nguồn cung cấp đường, vitamin yếu tố tăng trưởng tiềm [ ] Theo Nguyễn Bá Mùi (2002) cho thấy enzyme Bromelain có mặt toàn dứa lõi, chồi, vỏ tập trung nhiều chồi theo [ ] Khả phân hủy protein enzyme Bromelain mạnh hoạt động tốt pH từ – [ ] Có thể tạo chế phẩm Bromelain kỹ thuật từ chồi dứa quy mơ phịng thí nghiệm cách kết tủa dịch chồi nồng độ cồn 80% v/v sau đơng khơ kết tủa Quy trình cho sản phẩm Bromelain dạng bột khô màu trắng ngà, độ ẩm 10% hoạt lực 72,48 U/g Hiệu suất thu hồi trình đạt 63,43% Bromelain chồi dứa có nhiệt độ tối ưu 55 C, pH tối ưu 6,5, chịu nhiệt Ngoài nghiên cứu enzyme Protease có tất phần phụ phế phẩm dứa vỏ dứa có hoạt tính cao 0,4326 U/g (Bảng 1) Bảng Tỷ lệ khối lượng, hàm lượng chất khô tổng số hoạt lực protease phần dứa Tỷ lệ khối lƣợng (%) Chất khô tổng số (%) Hoạt lực protease (U/g) Chồi 2.11 10.37 0.6170 Vỏ 51.94 13.12 0.4236 Lõi 4.16 11.30 0.2804 Thịt 28.86 14.70 0.2238 Lá 12.93 Bộ phận a b c d (Nguồn: Lê Thị Ngọc Hà, 2009) 2.2 Y học Enzyme Bromelain ngăn chặn tăng huyết áp, tình trạng máu vón cục, xơ vữa động mạch, đau tim đột quỵ, trị viêm họng, giảm triệu chứng dị ứng can thiệp vào tăng trưởng tế bào ác tính, hữu hiệu việc chữa lành vết thương, giảm chứng phù, chứng viêm khớp tăng cường hấp thu thuốc [ ] Đối với enzyme Bromelain có phụ phế phẩm dứa có nghiên cứu phát phân hủy protein huyết tương [ ] Một số nghiên cứu cho thấy enzyme Bromelain có khả ngăn ngừa tiêu chảy heo con, trợ tiêu hóa, điều trị bệnh nhiễm trùng 2.3 Nông nghiệp – Môi trƣờng Hiện nay, vấn đề sử dụng phân bón sinh học quan tâm nghiên cứu rộng rãi đặc biệt nghiên cứu chế phẩm sinh học phân bón Một số nghiên cứu sử dụng enzyme Papain với nồng o độ 4% để thủy phân phụ phế phẩm cá da trơn điều kiện nhiệt độ tối ưa 60 C, pH = 5, thời gian thủy phân 48 Điều kiện tối ưu để thủy phân phụ phế phẩm cá Tra enzyme dịch chiết từ vỏ o dứa tỷ lệ cá: vỏ dứa 1:5,6 (w/w) hay cá : dịch chiết : 1,5 (w/v), nhiệt độ 50 C, pH 5,5, với thời gian thủy phân 150 phút [ ] Dịch thủy phân ổn định Sorbic acid với nồng độ 0,75% Phun dịch thủy phân 10% có khả làm tăng hiệu suất cải bẹ xanh đậu bắp tương đương với phân bón thương mại thị trường Theo Phạm Đình Dũng Trần Văn Lâm (2013), sử dụng o enzyme Alcalase thủy phân phụ phẩm cá Tra điều kiện pH = 8, nhiệt độ 65 C thời gian 120 phút Qua nghiên cứu cho thấy enzyme Bromelain phụ phế phẩm vỏ dứa có khả cao ứng dụng rộng rãi xử lý chất thải tạo sản phẩm phân bón nơng nghiệp enzyme Bromelain thủy phân phụ phẩm cá cho dịch thủy phân với hàm lượng protein cao 853 XỬ LÝ RÁC THẢI NHÀ BẾP Rác thải nhà bếp thành phần tàn tích hữu chất hữu phục vụ sống người Trong rác hữu có nhiều thành phần dinh dưỡng cần thiết cho Nghiên cứu sử dụng giun Quế để xử lý rác thải nhà bếp thành phân hữu cơ, kết hợp giun Quế chế phẩm EMUNVI xử lý rác với tỷ lệ 3:4:3 2:7:1, thời gian xử lý ngày/2kg rác hữu phân sau ủ có chất lượng tốt với tiêu: CHC (76%), K (0,75%), N (1,35%), P (1,2%) [ ] Từ “ Nghiên cứu hiệu mơ hình xử lý rác thải sinh hoạt hữu tạo dịch Giun Quế quy mơ hộ gia đình” giun xử lý tốt rác thải hữu gia đình từ thu dịch giun phục vụ cho nơng nghiệp [ ] Ngồi ra, theo sách “Giun ăn rác chúng ra” trình bày hệ thống sản xuất phân bón từ giun kỹ thuật nhân rộng nhiều năm [ ] Theo nghiên cứu “ Phân hủy rác thải hữu phương pháp sinh học: Thí nghiệm thùng lên men 10-L” cho kết với dòng vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt đạt kết tốt với lượng khí thải thấp, trình ủ rác hữu rác động vi khuẩn phân hủy chất hữu tốt từ ngày 16 đến ngày 18 thay 22 ngày [ ] NHỮNG THÀNH TỰU VÀ HẠN CHẾ TRONG CÁC NGHIÊN CỨU TRƢỚC Hiện nay, để xử lý loại phế phẩm nông nghiệp, rác thải sinh hoạt vấn đề khó khăn Tuy nhiên, qua nổ lực phát triển công nghệ đưa chế phẩm BIMA (Trichoderma), Active cleaner (xạ khuẩn Streptomyces sp, nấm Trichoderma sp, Vi khuẩn Bacillus sp) sử dụng để ủ phân gia súc, chất thải hữu rơm rạ, rác thải sinh hoạt hữu (đã tách riêng rác vô cơ) Việc sử dụng chế phẩm giúp rút ngắn thời gian ủ hoại phân chuồng, phân xanh, rác từ – lần so với cách ủ thông thường Theo Võ Thị Hạnh (2009) nghiên cứu chế phẩm từ Giun Quế làm thức ăn cho gia súc, gia cầm, làm phân bón cho Chế phẩm BIO-BL, dược dùng để bón cho trà long số hoa màu, kiểng Kết sau sử dụng cho thấy búp trà tươi, màu sắc đẹp Mùi hương trà thơm Tuy nhiên, Việt Nam lại chưa có nhiều nghiên cứu áp dụng loại enzyme Bromelain xử lý rác hữu Một vài nghiên cứu xử lý thành phần rác hữu như: protein, lipid,… Nhưng nghiên cứu cho thấy tiềm xử lý rác thải nhà bếp khả thi đưa nhiều hướng phát triễn lĩnh vực ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Từ nghiên cứu lấy sở khoa học làm tiền đề để nghiên cứu như: Sử dụng vỏ dứa để thủy phân phụ phẩm cá Tra điều kiện tối ưu để thủy phân phụ phế phẩm cá Tra enzyme dịch chiết từ o vỏ dứa tỷ lệ cá : vỏ dứa 1: 5,6 (w/w) hay cá : dịch chiết : 1,5 (w/v), nhiệt độ 50 C, pH 5,5, với thời gian thủy phân 150 phút Dịch thủy phân ổn định sorbic acid với nồng độ 0,75% [ ] Nghiên cứu sử dụng enzyme papain với nồng độ 4% để thủy phân phụ phế phẩm cá da trơn o điều kiện nhiệt độ tối ưa 60 C, pH = 5, thời gian thủy phân 48 Sản phẩm thủy phân chứa hàm lượng protein cao 39,03% [ ] Phần trắng chồi dứa – phế liệu q trình sản xuất dứa hộp – dùng nguồn cung cấp enzyme Bromelain (Bro-C) Từ đặt giả thuyết sử dụng phụ phế phẩm vỏ dứa để thủy phân rác thải nhà bếp (rác hữu cơ) dựa theo điều kiện phương pháp nghiên cứu khoa học Sau đó, kiểm tra đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến trình để đưa phương án tối ưu Sơ đồ nghiên cứu dự kiến thực trình bày hình Sau có thơng số tốt đánh giá khả tạo chế phẩm sinh học phân bón từ phụ phế phẩm vỏ dứa kết hợp rác hữu thông qua tiêu: Nito Kjeldhal, Nito formol, P, K, độ ẩm, nhiệt độ, pH; nhận xét đánh giá khả thủy phân cách so sánh cách hiệu suất thủy phân qua tiêu trình tiến hành thí nghiệm mơ hình Bên cạnh khảo sát khả phát triển nơng nghiệp dùng chế phẩm sinh học phân bón sau thí nghiệm 854 Hình Mơ hình khảo sát khả thủy phân rác hữu phụ phế phẩm vỏ dứa KẾT LUẬN Qua trình tổng quan nghiên cứu phụ phế phẩm vỏ dứa khả thủy phân protein chất hữu giới Việt Nam cho thấy khả phụ phế phẩm vỏ dứa (enzyme Bromelain) có khả phân hủy rác hữu tạo chế phẩm sinh học phân bón Ngồi ra, theo thơng tin có qua đời sống rác thải hữu người dân sử dụng phân bón tự nhiên Qua cho thấy tính khả thi đề tài “ Tái sử dụng phụ phẩm vỏ dứa thành sản phẩm hữu ích sử dụng sản xuất nơng nghiệp” khả quan thực Ngồi ra, cịn vấn đề cần quan tâm nghiên cứu này, chưa thể xác định xác sử dụng nghiên cứu với mục đích thi cơng dự án thực tế với quy mơ thiết kế thực tế Ngồi ra, rác hữu nghiên cứu có thay đổi liên tục ý thức người dân vấn đề phân loại rác hộ gia đình khiến cho mẫu rác thải hữu không phân loại nên gặp khó khăn khâu nguyên liệu đầu vào nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hà Thành Toàn, Lê Phương Trầm, Nguyễn Thị Mỹ Diện Cao Ngọc Điệp (2010) Phân hủy rác hữu phương pháp sinh học: thí nghiệm thùng lên men 10-L, Trường đại học Cần Thơ, Tạp chí khoa học 2010: 15b 197-205 [2] Lại Thị Ngọc Hà (2009) Nghiên cứu tách tạo chế phẩm Bromelain từ phụ phế phẩm Dứa, Tạp Chí Khoa học phát triển: Tập 7, số 2: 203 – 211 [3] Lê Thanh Mai, Nguyễn Kiêu Hùng (2005) Khảo sát khả làm mềm thịt enzym bromelain thu từ phần phế liệu dứa- chồi Đề tài nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Mở Tp Hồ Chí Minh [4] Nguyễn Bá Mùi (2002) Nghiên cứu phụ phẩm dứa ủ chua làm thức ăn gia súc, Luận văn tiến sĩ nông nghiệp, Trường Đại học Nơng nghiệp, Hà Nội [5] Nguyễn Ích Tuấn (2004) Nghiên cứu phơi hợp Bromelain a-chymotrypsin với tỷ lệ thích hợp hoạt độ enzyme độ bền hoạt tính để làm thuốc, Khóa luận tốt nghiệp dược sĩ 855 [6] Nguyễn Văn Liêu (2017), Nghiên cứu, so sánh khả xử lý rác thải nhà bếp thành phân hữu giun Quế chế phẩm sinh học MUNIV, Đại học Cơng nghệ TP Hồ Chí Minh (HUTECH), TP Hồ Chí Minh [7] Phạm Thị Thắm (2011), “Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm phân bón vi sinh vật đa chủng, phân bón chức phục vụ chăm sóc trồng cho số vùng sinh thái”, Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp nhà nước [8] Võ Phùng Diễm Bằng (2018) Tạo Phân bón từ phụ phế phẩm cá Tra vỏ Dứa, Đồ án tốt nghiệp, Trường đại học Cơng nghệ TP Hồ Chí Minh(HUTECH), TP Hồ Chí Minh Tài liệu ngồi nƣớc [9] Castell JV, Friedrich G, Kuhn CS, Poppe GE Intestinal absorption of undegraded proteins in men: presence of bromelain in plasma after oral intake American Journal of Physiology 1997;273: G139– G146 [10] Larrauri J A., Ruperez P and Calixto F S (1997) Pineapple shell as a source of dietary fiber with associated polyphenols J of Agri and Food Chem., 45: 4028-4031 [11] Mary Appelhof (1982), “Worms Eat My Garbage”, Publisher: Flower Press; Revised edition (November 1, 1997) [12] Tochi B.N, Wang Z, Xu S-Y and Zhang W, (2008) Therapeutic application of pineappleprotease (Bromelain): Review, Pakistan journalof nutrition, (4): 523 – 520 [13] Winarno, F.G.& Hwa, T.G (1964), Papain dan Penggunaannya untuk Pengempukan Daging, Fakultas Tenkologi dan Mekanisasi Pertanian, IPB Bogor 856 ... CỨU LIÊN QUAN ĐẾN TẬN DỤNG PHỤ PHẾ PHẨM VỎ DỨA 2.1 Công nghiệp Dứa nguồn cung cấp enzyme Bromelain công nghiệp Theo nghiên cứu cho thấy phụ phế phẩm dứa sử dụng làm chất để sản xuất Bromelain,... rộng rãi xử lý chất thải tạo sản phẩm phân bón nơng nghiệp enzyme Bromelain thủy phân phụ phẩm cá cho dịch thủy phân với hàm lượng protein cao 853 XỬ LÝ RÁC THẢI NHÀ BẾP Rác thải nhà bếp thành phần... phục vụ sống người Trong rác hữu có nhiều thành phần dinh dưỡng cần thiết cho Nghiên cứu sử dụng giun Quế để xử lý rác thải nhà bếp thành phân hữu cơ, kết hợp giun Quế chế phẩm EMUNVI xử lý rác