2. Mục tiêu nghiên cứu
1.4. Cơ sở khoa học của việc tạo chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu
1.4.3. Tiếp cận kinh tế
Các nguồn nguyên liệu tạo chế phẩm được chọn lọc là nguyên liệu có nguồn cung dồi dào, dễ kiếm, giá thành rẻ và có nhiều chất dinh dưỡng cho vi sinh vật phát triển, trong đó:
❖ Nguyên liệu Chuối
Về thành phần hoá học, chuối chín chứa 70 - 80% nước, 20 - 30% chất khô, chủ yếu là đường. Trong đó, đường khử chiếm 55% lượng đường tổng số. Hàm lượng lipid không đáng kể. Acid trong chuối khoảng 0,2%, chủ yếu là acid malic và acid oxalic. Vì thế, chuối có độ chua dịu. Hàm lượng protein thấp (1,0 - 1,8%) gồm
18
17 loại acid amin, chủ yếu là histidine. Chuối chứa ít vitamin carotene, vitamin B1, vitamin C, acid pantoteic, acid folic, inositol nhưng hàm lượng cân đối. Ngoài ra, trong chuối còn có muối khoáng, pectin, hợp chất polyphenol. Đặc biệt, trong chuối có chứa hợp chất polyphenol. Tuy hàm lượng polyphenol trong chuối thấp (1,10 – 1,84%) nhưng hoạt động các enzyme oxy hóa (polyphenol oxydase) cao, nên các hợp chất này bị oxy hóa mạnh. Do phản ứng enzyme và phi enzyme của các polyphenol xảy ra trong chế biến và suốt quá trình tồn trữ mà hợp chất màu được tạo ra làm cho các sản phẩm chuối bị biến màu. [15]
Bảng 1.2 Thành phần hóa học của trái chuối chín thuộc các giống khác nhau
Thành phần hóa học (%) Nước Lipit Protein Tinh bột Đường tổng Saccarose Fructose Glucose Axid Tro Vitamin C (Nguồn: Quách Đĩnh, 1996) Xét về mặt dinh dưỡng, chuối có giá trị hơn cả khoai tây và tương đương với thịt, dễ tiêu hóa. Chuối chứa nhiều sinh tố như vitamin A, B1, B2, B6, B12, C, D và E. Ngoài ra, còn có các khoáng tố khác như magiê, vôi, kali, sắt, calcium, potassium, sodium, phospho, fluor và iod.
- Nguồn giống sử dụng: Chuối Tiêu (Chuối Già) Một số đặc điểm của trái chuối tiêu:
19
Chuối Già là theo tên gọi của miền Nam, miền Bắc gọi là chuối Tiêu. Theo Viện Dinh dưỡng quốc gia, chuối Tiêu thích hợp với mọi người, mọi lứa tuổi. Nó có nhiều chất dinh dưỡng rất cần thiết cho trẻ em, người cao tuổi và những người lao
động thể lực nặng nhọc. Trong các loại quả ngọt của nước ta, chuối Tiêu cũng là loại quả giàu chất dinh dưỡng và cung cấp được nhiều năng lượng nhất.
Chuối Tiêu là loại chuối được trồng phổ biến, có sản lượng lớn quanh năm.
Giá thành từ 10.000 – 20.000 đồng 1 nải chuối (15-20 trái/nải).
- Trạng thái sử dụng: trái chuối hoàn toàn chín vàng, có chấm và vệt nâu.
Bảng1.3 Sự thay đổi thành phần hóa học của chuối tiêu theo độchín
Chỉ tiêu Tinh bột Fructose Glucose Sacarose Cellulose Pectin Tannin Axid hữu cơ
(Nguồn: Quách Đĩnh, 1996)
Bảng 1.4 Sựbiến đổi của hàm lượng tinh bột và đường theo màu vỏchuối
Độchín Màu v 1 Xanh đậ 2 Xanh có ch 3 Xanh vàng 4 Vàng xanh 5 Vàng hai đầ 6 Vàng hoàn toàn 7 Vàng ch 8 Vàng m
(Nguồn: Phan Hiền Hảo et al, 2015)
20
Qua theo dõi số liệu ở hai bảng trên đều cho thấy kết quả là trong quá trình chín của trái chuối thì hàm lượng tinh bột - polysaccharide giảm dần còn hàm lượng các loại đường đơn và đường đôi (fructose, glucose, sacarose) tăng dần. Hàm lượng đường chiếm từ 16 – 19,5% trọng lượng trái chín. Việc gia tăng hàm lượng đường và giảm dần tinh bột sẽ có lợi cho quá trình chuyển hóa của vi sinh vật, rút ngắn thời gian chuyển hóa tinh bột thành đường đơn sử dụng sẵn nguồn monosaccharide đã được chuyển hóa trong chuối chín hấp thụ trực tiếp thúc đẩy nhanh quá trình sinh trưởng gia tăng sinh khối quần thể vi sinh.
❖ Men nấu rượu
Men nấu rượu có thành phần chính là nấm men là tác nhân thúc đẩy quá trình lên men diễn ra nhanh chóng và có khả năng sinh tổng hợp enzyme phân giải cacbonhidrat.
Loại men này có thể được mua ở các cửa hàng đồ khô, nơi bán/nấu rượu. Giá thành rẻ: 10.000 đồng/100 gam men.
❖ Men vi sinh
Men vi sinh là chế phẩm có chứa các vi sinh vật có lợi (lợi khuẩn). Được sản xuất để đưa vào đường tiêu hóa, men vi sinh sẽ cải thiện cân bằng của hệ tạp khuẩn ruột và mang lại lợi ích cho sức khỏe người dùng. Men vi sinh còn được gọi là
probiotic.
Qua quá trình tìm hiểu thực tế một số loại men vi sinh có trên thị trường thì trong thành phần men vi sinh có chứa các chủng vi sinh vật có lợi cho quá trình xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ và được liệt kê tại bảng 1.5
21
Bảng1.5 Thành phần vi sinh trong một số loại men vi sinh trên thị trường
STT
- Giúp phân hủy nhanh các hợp chất hữu cơ,
1 lipid, cellulose.
- Tham gia vào quá trình amoni hóa, phản nitrit và nitrat. - Giảm đáng kể các chỉ số BOD, COD, H2S, NH3, NO2 trong nước thải.
2 Bacillus clausii - Có khả năng tiết kháng sinh ức chế nhiều nhóm vi sinh vật
gây thối, gây hại
Men vi sinh sống dạng khô
Kiểm soát vi khuẩn gây
3
bệnh
Merika Fort;
Men vi sinh Biosubtyl DL; Men vi sinh Lactomin
Lactobacillus acidophilus
4 Streptococcus faecalis 5 Bifidobacterium longum Saccharomyces 6 boulardii 22 download by : skknchat@gmail.com
Có thể thấy trong các loại men vi sinh đa số là sử dụng chủng vi khuẩn
Bacillus và Lactobacillus để tạo sản phẩm, đồng thời chúng cũng có vai trò quan trọng trong xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ và được lựa chọn làm nguồn giống chính để tạo chế phẩm sinh học.
Chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ được tạo ra ở đây với nguyên liệu dễ kiếm, giá thành rẻ, dễ dàng thực hiện quá trình chế tạo. Do vậy, nguồn men giống cũng phải dễ kiếm có giá thành phải chăng.
Bảng 1.6 Bảng giá các loại men vi sinh có chủng vi khuẩn Bacillus và
Sản phẩm trên thị trường
Men vi sinh Biosubtyl- II hộp 25 gói
Men vi sinh Biosubtyl DL hộp 25 gói
Men vi sinh sống dạng khô Merika Fort hộp 20 gói
Men vi sinh
Enterbacillus Extra hộp 20 ống
Thực phẩm bảo vệ sức khỏe Cốm vi sinh Bio- acimin Gold hộp 30 gói
Men vi sinh Lactomin hộp 30 gói
Như vậy, một số men vi sinh phổ biến, dễ tìm kiếm, có giá thành rẻ và có các chủng vi khuẩn Bacillus và Lactobacillus là Men vi sinh Biosubtyl-II; Men vi sinh Biosubtyl DL; Men vi sinh sống dạng khô Merika Fort.
❖ Sữa chua
Sữa chua được biết đến là một loại thực phẩm phổ biến có giá trị dinh dưỡng cao và tốt cho sức khỏe. Trong sữa chua có chứa đầy đủ các chất như protein, glucid, lipid, các muối khoáng nhất là canxi, vitamin đặc biệt là vitamin nhóm A và B.
Sữa chua được tạo thành qua quá trình lên men của sữa ở nhiệt độ 40 – 45◦C bằng chủng vi khuẩn acid lactic: Lactobacillus delbrueckii spp. bulgaricus (Lactobacillus bulgaricus) và Streptococcus salivarius ssp. thermophilus (Streptococcus thermophilus). Những chủng vi sinh này có khả năng tổng hợp enzym chuyển hóa đường đôi thành đường đơn như glucose, đường glucose lại tiếp tục chuyển hóa thành axit pyruvic. Axit pyruvic chuyển hóa thành axit lactic dưới tác dụng của enzyme tacte dehydrogenase.
Giá thành một số loại sữa chua:
- Sữa chua Vinamilk: 6.000 đồng/hộp 100g - Sữa chua Ba Vì: 5.000 đồng/hộp 100g - Sữa chua Nuti: 6.000 đồng/hộp 100g ❖ Đường bổ sung
Nguồn dưỡng chất có trong trái chuối khá phong phú, tuy nhiên với mục đích tạo ra chế phẩm có lượng lớn vi sinh vật về mật độ thì việc sử dụng trái chuối không là chưa đủ, do đó cần phải thêm vào môi trường nuôi cấy một lượng các chất hữu cơ thúc đẩy quá trình chuyển hóa.
Nguồn hidratcacbon được ưu tiên sử dụng như là các monosaccharide
(glucose, fructose) hay disaccharide (saccharose, maltose, lactose).
Các dạng đường này có thể tìm thấy ở ngoài thị trường tiêu thụ phụ phẩm gia vị như đường cát vàng, mạch nha, rỉ đường. Các loại đường này được chế biến thô sơ chưa qua tinh luyện do đó vẫn còn chứa các chất khoáng canxi, kali, sắt và ma-
24
giê, lượng lớn vitamin như vitamin B1, B2, B6 và C có vai trò trong quá trình xử lý sinh hóa của vi sinh vật.
Lưu ý, không nên sử dụng các loại đường đã tinh luyện vì quá trình này đã loại bỏ các tạp chất, một lượng không nhỏ các chất dinh dưỡng và có sử dụng sodium hyposulfite (chất tẩy trắng đường) do đó sẽ không có lợi cho khả năng phát triển hệ vi sinh.
Giá thành một số loại đường:
- Rỉ đường: 6.000 – 10.000 đồng/1L
- Đường cát vàng: 10.000 – 18.000 đồng/1kg - Đường mạch nha: 14.000 – 30.000 đồng/1 kg
Để có mức giá thành rẻ tạo ra chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ thì rỉ đường là lựa chọn tối ưu nhất
❖ Cám gạo
Cám gạo được sử dụng trong chế phẩm như là một chất mang. Chất mang đảm bảo sự tăng trưởng và duy trì mật độ của các chủng vi sinh vật. Theo kết quả “Tuyển chọn chất mang để tồn trữ vi khuẩn Bacillus aerophilus đối kháng với vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae gây bệnh cháy bìa lá lúa” của Đặng Hoài An, Nguyễn Thị Phi Oanh và Nguyễn Đắc Khoa năm 2017, thì cám và trấu xay là 2 loại chất mang có khả năng duy trì mật độ vi sinh vật cao sau 6 tháng tồn trữ.
Trong cám gạo có chứa lượng lớn khoáng vi lượng (Cu, Fe, Zn…) và khoáng đa lượng (Ca, Mg, Si…) có vai trò tăng cường quá trình hình thành nội bào tử, đó có thể là cơ chế góp phần giúp duy trì mật độ vi khuẩn được ổn định sau thời gian dài tồn trữ. [21]
Cám gạo là nguyên liệu rất rẻ có thể tìm kiếm ở các cửa hàng bán đồ khô, cửa hàng bán gạo hay nơi xay xát gạo.
25
❖ Giá thành cho một sản phẩm
Bảng 1.7 Bảng giá cho một sản phẩm chếphẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm
STT 1 2 3 4 5 6 Ghi chú:
Đơn vị1: là đơn vị của khối lượng nguyên liệu phải mua ít nhất trong một lần mua Đơn vị2: là đơn vị của khối lượng nguyên liệu cần dùng để tạo ra một sản phẩm
Có thể thấy để tạo ra 1 sản phẩm là chế phẩm sinh học xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ có giá thành rất rẻ và có thể đem lại hiệu quả tương ứng với các chế phẩm sinh học đang được bán trên thị trường với giá thành cao.
1.5. Tổng quan vềquá trình lên men1.5.1. Bản chất của quá trình lên men