Phế liệu giàu cellulose

Đây là các phê phụ liệu của các ngành nông-lâm-công nghiêp như: rơm ra, \ơ dừa, trấu, mạt cưa, bông, gai, lõi bắp...các phế liệu của ngành công nghiệp đồ hộp, nước giải khát, vỏ quả, bã ép trái cây...

Một sô phê liệu tiêu biểu thuộc nhóm này:

Bã mía [25,40]

Bã mía là phần xác mía còn lại sau khi đã ép lấy dịch đường trong sản xuất đường. Bã mía có độ ẩm khoảng 50% chứa 40 - 50% cellulose: 18 - 23% lignin và 20- 25% hemicellulose(araban, xylan, galactan).

Trên thế giới hàng năm có đến 150 triệu tấn bã mía thâi ra. Phần lớn được sử dụng để đốt lò hơi, phân bón hữu cơ, bột giấy, ván ép, trồng nấm...Ở Việt Nam, bã

mía được sử dụng đốt lò hơi và làm ván ép (nhà máy đường Hiệp Hòa ở Long An), làm phân hữu cơ. Tuy nhiên phần lớn vẫn chưa được tận dung, rât dễ gây ô nhiễm môi trường.

Rơm rạ, các vỏ hạt

Là phế thải của sản xuất nông nghiệp. Hàm lượng cellulose trong rơm lúa gạo là 34 - 38%; trong rơm lua mì: 36 - 42%. vỏ đậu phông chứa đến 70,38% chất xơ; lõi ngô: 38,18%; vỏ khoai mì: 10.35% (theo Agnes 2005)144]

Để tận dụng nguồn phế phụ liệu nàv có hai hướng xử lý là: Xử lý không qua thủy phân và xử lý qua thủv phân.

•ĩ* Xử ỉv phế liệu giàu Cellulose không qua thủy phân ■ Trồng các loại nấm

Mỗi loài nâ'm có khả năng mọc tô't trên một loại cơ châk khác nhau, tuỳ từng loại nâm trồng ứng với loại cơ chât tương ứng mà có cách xử lý và chê biên khác nhau:

- Mạt cưa là nguyên liệu thường dùng trong trồng nâ'm, cần phải ủ lên men. thời gian lên men dài hay ngắn phụ thuộc vào loai gỗ sử dụng. Đối với các loại gỗ mềm thường ủ từ 3-5 ngày, còn gỗ cứng thì vài tuần hay vài tháng. Quá trình ủ rất quan trọng, trong thời gian này, các VI sinh vật dặc biệt là xạ khuân sẽ phân giải nguyên liệu thành các thành phần đơn eiản mà nâm có thể hâp thu được. Để điều hoà độ ẩm, người ta còn dùng bột thạch cao (CaS04) hoặc CaC03 trộn vào nguyên liệu. Ngoài việc ủ đống người ta còn dùng các loại hoá chât để thủy giải nhanh cơ chất, thường dùng là Ca(OH)2, dung dịch NaOH. Điều lưu ý là sau khi xử lv bằng hoá chất thì cần điều chỉnh pH cho phù hợp tránh ảnh hưởng đến nấm.

Theo phương pháp mới người ta trồng nấm trên mạt cưa trong các bịch PE: cấy meo nấm vào giữa bịch, nuôi ở nhiệt độ thích hợp. Khi thấy lông tơ, rạch mở bịch. Nấm sẽ mọc ở trong các vị trí khoét lỗ của bịch. Phương pháp này có thể thu nấm nhiều đợt, năng suất cao, đở tốn diện tích trồng...

- Rơm rạ được bó thành từng bó đường kính khoảng 10-15 cm, nhúng nước để làm ẩm, thường thay nước bằng nước vôi 1%. Sau khi làm ẩm, rơm được chất thành đông lớn, đậy vải nylon 2-3 ngàv, bổ sung thêm một số chất (đạm, khoáng...) cần thiết cho nấm.

ra trước khi trồng nấm vì khi rút nước thường bi dẽ chặt, khó khuếch tán oxy ngăn cản hô hấp của nâm. Sau đó ngâm ngập trong nước vôi 0,5% cho ngấm đều. Vớt bông lên chất lên vỉ tre để ráo nước bớt, gom thành đống phủ vải nylon, ủ dưới ánh sáng mặt trời khoảng 3 ngày. Độn thêm trấu vào giữa các lớp bông để tăng độ xốp. Trấu cũng cần được xử lý trước khi độn bằng cách ngâm trong nước vôi 0,5% trong 48giờ.

- Bã mía thường dùng dể trồng nấm rơm và nấm bào ngư. Trước khi sử dụng để trồng nấm phải phơi khô và ngâm nước vôi để tăng pH hoặc sử dụng hơi nước nóng xông từ 30 phút đến 1 giờ làm giảm đường thừa và các acid hữu cơ.

Cùi bắp cũng là một nguyên liệu tốì cho trổng nấm. Cùi bắp có kích thước lớn khó giữ nhiệt và ẩm nên trước khi sử dụng để trồng nấm cần đập vun thành những mảnh nhỏ, sau đó làm ẩm hoặc độn với các loai nguyên liêu khác.Trộn thêm urê hoặc DAP hay cả 2 có nồng độ tổng cộng 2% c ,thêm MgSOt từ 1 2%0, cám bắp, cám gạo để bổ sung dinh dưỡng cho nấm.

____I___ Thu hái ■ ủ cho lên men yếm khí [35]

Các nguyên liệu thực vật từ sản xuất nông nghiệp: rơm rạ, bã mía, thân lá ngô khoai, đậu và các loại cây xanh khác. ĐÔI với các loại thực vật có lớp vỏ cứng, chúng ta cần xử lý sơ bộ(chặt, băm nhỏ, đật dập), chất nguyên liệu thành từng đống gồm nhiều lớp, mỗi lớp dầy khoảng 50cm, rắc lên mỗi lớp một ít phân, hàng ngàv tưới nước giữ ẩm. Vào mùa hè, thời gian ủ có thể kéo dài đến 20 ngày. Sau khi nguyên liệu đã được xử lỷ hiếu khí, chúng ta mới đậv kín để chuyển sang giai đoạn lên men kỵ khí sinh mêtan (biogas).

Ngoài ra, người ta còn sử dụng bã thải khí sinh học làm phân hữu cơ cho trồng trọt, cung cấp thức ăn bổ sung cho chăn nuôi(gia súc, gia cầm, nuôi thủy sản...)

Xử lý phế liệu giàu cellulose qua thủy phân

❖

■ Phương pháp hoá học: sử dụng acid mạnh Cơ chế phản ứng:[40]

Liên kết trong cellulose là các liên kết O-glycoside. Liên kết này kém bền trong môi trường acid: các proton khi bị hvdrat hóa sẽ tân công vào cầu nôi oxygen của liên kết O-glycosiđe để bẻ gẫy chúng. Các proton sẽ tác động ở các vị trí khác nhau trên mạch polvsaccharide làm nó gán dần. Nếu thủy phân xảv ra đến cùng thì sản phẩm cuối là D-glucose. Phương trình tổng quát:

Cellulose (QHHAL

HNO

3

t° > 100°C, áp suất

Ưu điểm: nhanh chóng, triệt để, thường áp dụng cho những loại nguyên liệu có độ bền chắc cao.

Nhươc điểm: phải sử dụng các thiết bị chịu axít, áp suâh cao, nhiệt độ cao, nên dễ gâv độc hại cho công nhân và môi trường xung quanh.

ứng dung:

Sau khi thủy phân bằng acid, trung hoà, điều chỉnh nồng đô đường, bổ sung thêm cơ chất dinh dưỡng cho nấm men, thanh trùng, làm nguội, cấy nấm men, nuỏ: tạo sinh khôi.

■ Phương pháp sinh học

Sử đụng hệ cellulase để thủy phân cellulose. Cellulase chủ vếu được thư từ nguồn

vsv

như Thermonospora và Cloĩridium,...

Cellulose _Cg.Uulase(VK mnếc) . t04O-45°C, nhiều giờ P B

Phương pháp phân giải này có thể được sử dụng theo hai phương án: - Nuôi

vsv

vsv

cellulase và thủy phân nguyên liệu.

- Sử dụng chế phẩm enzym tinh sạch hơn, hoạt tính cao hơn, phân cắt cơ clứít triệt để hơn bổ sung vào môi trường có cellulose để thủv phân. Tuy

nhiên phương pháp này không có lợi về kình tế do enzym mắc tiền,

ứng dụng

❖

Từ nguồn phế liệu giàu cellulose có thể ứng dụng để thu nhận cellulase: tác giả Lê Thị Hồng Nga (2005) thu nhận chế phẩm cellulase khi nuôi cấy

Trichoderma reesei trên bã mía. Chế phẩm có hoạt độ 7,42 Ul/g canh trường [22]. Cũng tận dụng bã mía, tác giả Trương Phước Thiên Hoàng (2007) thu nhận cellulase khi sử dụng chủng Trichoderma haiianum với hoạt độ 14704,07 Ul/g canh trường.[10]

Có thể thu nhận cồn từ nguồn phế liệu này: Sai Ram.M và cộng sự (1991) sử dụng chủng Clostridium thermocellum nuôi trên rơm rạ để thu cồn. cồn thu được có nồng độ 8,óg/l. Hiêu suấ) 0,27g ethanoL/lg cơ chất.[72]

Từ dịch đường thu được từ sự thủv phân cellulose bởi các tác nhân hóa học và sinh học đều có thể nuôi

vsv

Agner E. Asagbra và cộng sự (2005) thu nhận tetracyclin khi nuồi các chủng

Sirepỉomyces trên các phế liệu nông nghiệp (vỏ đậu phông, lõi ngô, vỏ khoai

mì).Trong sô" các chủng sử dụng thì chủng Streptomyces sp cho lượng tetracvclin cao nhất là 13,l8mg/g với cơ châ"t tô"t nhâ"t là vỏ đậu phông.[44]