Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.3. Đặc tính sinh học của Biomix
Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất là protein. Quá trình phân huỷ trong Biomix xảy ra chủ yếu dưới tác dụng của các enzyme, đặc biệt là enzyme phân huỷ cellulose, hemicellulose và lignin. Đây là những hợp chất khá bền vững, khó phân huỷ nhưng lại chiếm tỷ lệ lớn trong thành phần của rơm, nguyên liệu chủ yếu của Biomix. Thành phần rơm rạ tính theo khối lượng khô gồm cellulose (60%), lignin (14%) và các chất khác. Trong đó, lignin là hợp chất bền vững, khó phân huỷ nhất.
Hệ enzyme phân hủy lignin bao gồm các enzyme: laccase, lignin peroxidase và mangan peroxidase. Các enzyme này ngoài khả năng phân huỷ lignin, chúng còn có khả năng phân huỷ các hợp chất dị sinh ngoại lai, do đó chúng phân huỷ được HCBVTV [15]. Trên cơ sở đó, việc xác định hoạt độ enzyme phân huỷ lignin của Biomix cho phép xác định được khả năng phân huỷ HCBVTV của Biomix đó.
Do thời gian ủ ban đầu ảnh hưởng rất lớn đến hoạt tính phân hủy lignin nên trong nghiên cứu này đã tiến hành xác định hoạt độ enzyme phân hủy lignin của các Biomix tại các thời điểm 0 ngày, 15 ngày và 30 ngày ủ. Đồng thời, để thấy được ảnh hưởng của việc bổ sung chủng nấm mốc Penicillium chrysogenum đến hoạt tính phân hủy lignin của Biomix (SSSM), kết quả đã được so sánh với hoạt tính phân huỷ lignin của Biomix được chuẩn bị giống nhau nhưng không bổ sung chủng nấm mốc phân hủy lignin (SSS) và Biomix truyền thống (SSP). Kết quả được thể hiện ở Bảng 3.3 và Hình 3.3.
47
Bảng 3.3: Hoạt độ enzyme phân hủy lignin ở các thời gian ủ ban đầu khác nhau của các Biomix (Đơn vị: đơn vị/kg)
Biomix 0 ngày ủ 15 ngày ủ 30 ngày ủ
SSSM 384,9 645,3 550,9
SSS 52,8 75,5 60,4
SSP 45 83 60
Hình 3.3: Hoạt độ enzyme phân hủy lignin ở các thời gian ủ ban đầu khác nhau của Biomix SSSM, SSS và SSP
Bảng 3.3 cho thấy hoạt độ enzyme phân hủy lignin của hỗn hợp 15 ngày ủ là cao nhất ở cả ba loại Biomix, sau đó giảm dần theo thời gian. Đồng thời hoạt độ enzyme phân hủy lignin ở Biomix SSSM có bổ sung chủng nấm mốc phân hủy lignin cao hơn hẳn so với Biomix không bổ sung nấm SSS và cao nhất trong số các loại Biomix được nghiên cứu. Điều này cho thấy chủng nấm mốc phân huỷ lignin đã giúp tăng cường khả năng phân huỷ lignin của Biomix. Bên cạnh đó, khi so sánh Biomix
0 100 200 300 400 500 600 700
SSSM SSS SSP
Hoạt độ enzyme phân huỷ lignin (đơn vị / kg) 0 ngày ủ 15 ngày ủ 30 ngày ủ
48
SSS và SSP cũng cho thấy khả năng thay thế bã thải trồng nấm cho than bùn khi chuẩn bị Biomix mà vẫn đảm bảo hoạt lực enzyme phân huỷ lignin. Kết quả nghiên cứu của chúng tôi phù hợp với kết quả nghiên cứu của một số tác giả khi cho rằng thời gian ủ ban đầu Biomix 15 ngày là thích hợp nhất cho khả năng phân hủy HCBVTV của Biomix [14, 16]. Vì vậy trong nghiên cứu tiếp theo chúng tôi tiến hành xác định đặc tính sinh học của các Biomix sau 15 ngày ủ ban đầu.
3.3.2. Mật độ các nhóm VSV
Các nhóm VSV bao gồm vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn chịu trách nhiệm chính trong quá trình phân huỷ chất hữu cơ của Biomix. Vi khuẩn chịu trách nhiệm cho hầu hết các quá trình phân hủy và sinh nhiệt trong Biomix, xạ khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy các phân tử hữu cơ phức tạp mà không được phân hủy bởi các dạng vi khuẩn khác và nấm. Trong khi đó, nấm lại chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ khô, có tính acid và hàm lượng N thấp khó cho sự phân hủy bởi vi khuẩn và xạ khuẩn. Vì vậy việc xác định mật độ của các nhóm VSV trong Biomix cho phép xác định khả năng phân huỷ chất hữu cơ nói chung, lignin và các sinh chất ngoại lại (như HCBVTV) nói riêng của Biomix. Kết quả thu được từ nghiên cứu được thể hiện ở Bảng 3.4, Hình 3.4, Hình 3.5 và Hình 3.6.
Bảng 3.4: Mật độ của các nhóm VSV trong Biomix ở hỗn hợp 15 ngày ủ (Đơn vị: CFU/1 g cơ chất tươi)
VSV Biomix
Vi khuẩn (108 CFU/g)
Xạ khuẩn (108CFU/g)
Nấm mốc (105 CFU/g)
SSSM 6,5 1,3 2,5
SSS 5,7 0,26 1,0
SSP 6,41 0,0064 10
49
Hình 3.4: Mật độ vi khuẩn ở hỗn hợp 15 ngày ủ của các Biomix SSSM, SSS và SSP
Hình 3.5: Mật độ xạ khuẩn ở hỗn hợp 15 ngày ủ của các Biomix SSSM, SSS và SSP
0 1 2 3 4 5 6 7
SSSM SSS SSP
Mật độ vi khuẩn (108 CFU/g)
Vi khuẩn
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
SSSM SSS SSP
Mật độ xạ khuẩn (108 CFU/g)
Xạ khuẩn
50
Hình 3.6: Mật độ nấm mốc ở hỗn hợp 15 ngày ủ của các Biomix SSSM, SSS và SSP
Qua kết quả ở Bảng 3.4 và Hình 3.4, Hình 3.5, Hình 3.6 cho thấy mật độ của vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn trong Biomix ở thời điểm sau 15 ngày ủ là khá phong phú.
Nhìn chung, mật độ của vi khuẩn trong các Biomix cao hơn so với mật độ của của xạ khuẩn và nấm mốc, đồng thời mật độ VSV trong Biomix SSSM cao hơn so với Biomix SSS và Biomix SSP. Vì vậy hoạt độ enzyme phân hủy lignin cao hơn của Biomix SSSM đạt được trên đây có thể là do sự có mặt với mật độ cao hơn của các nhóm VSV.
3.3.3. Mật độ VSV phân hủy cellulose, hemicelluloses, lignin
Ligno-cellulose là tên gọi chung của cellulose (chiếm 25 - 55%), hemicellulose (8 - 30%) và lignin (18 - 35%). Ba hợp phần này chiếm chủ yếu trong thành phần của rơm rạ, cũng là thành phần chính của biomix. Xác định tổng số VSV phân hủy ligno- cellulose cũng góp phần xác định khả năng phân hủy các chất này của các biomix
0 2 4 6 8 10 12
SSSM SSS SSP
Mật độ nấm mốc (105CFU/g)
Nấm mốc
51
khác nhau. Kết quả xác định lượng VSV lignocelluloses được thể hiện ở Bảng 3.5 và Hình 3.7.
Bảng 3.5: Mật độ quần thể VSV phân hủy cellulose, hemicellulose và lignin (Đơn vị: CFU/1 g cơ chất tươi)
Hình 3.7: Mật độ quần thể VSV phân hủy cellulose, hemicellulose và lignin
Kết quả đánh giá tổng số VSV phân hủy ligno-cellulose của các biomix được trình bày ở Bảng 3.5 và Hình 3.8. Qua đó cho thấy số lượng VSV phân hủy ligno-
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
SSSM SSS SSP
Mật độ VSV (105 CFU/g)
Phân hủy Cellulose Phân hủy HemiCell ulose Phân hủy Lignin VSV
Biomix
Phân hủy cellulose (105 CFU/g)
Phân hủy hemicellulose
(105 CFU/g)
Phân hủy lignin (105 CFU/g)
SSSM 4,68 3,5 2,7
SSS 1,89 2,15 1,78
SSP 0,222 0,345 0,422
52
cellulose của Biomix SSSM cao hơn hẳn so với SSS và SSP. Số lượng VSV phân huỷ lignin của SSSM cao hơn 1,52 lần so với SSS và 6,4 lần so với SSP. Điều này có thể cho thấy với mật độ VSV phân hủy ligno-cellulose cao, Biomix SSSM có tiềm năng phân hủy lignin và HCBVTV cao hơn so với các Biomix khác.
3.3.4. Hô hấp của VSV
Khí CO2 không chỉ được sinh ra từ quá trình hô hấp hiếu khí của VSV mà còn từ hoạt động khoáng hóa chất hữu cơ trong Biomix. Vì vậy, một chỉ số hô hấp cao đại diện cho một hệ VSV phong phú với hoạt tính sinh học mạnh mẽ. Kết quả đánh giá chỉ số hô hấp VSV của các Biomix được thể hiện ở Bảng 3.6 và Hình 3.8.
Bảng 3.6: Hô hấp VSV trong Biomix 15 ngày ủ (Đơn vị: mgCO2/100 g Biomix)
Biomix Hô hấp VSV
SSSM 455
SSS 446
SSP 323
Trong nghiên cứu này, hô hấp VSV của Biomix SSSM đạt 455 mgCO2/100 g, cao hơn 9 mg CO2/100 g của SSS và cao hơn hẳn so với SSP 132 mg CO2/100 g. Chỉ số hô hấp VSV cao hơn trong Biomix SSSM có thể là do sự khác nhau về thành phần của các Biomix tạo nên sự khác nhau về các đặc tính lý hóa, do đó dẫn đến sự khác nhau về tốc độ sinh trưởng phát triển cũng như mật độ các nhóm VSV. Tuy nhiên SSSM và SSS có chung thành phần nguyên liệu nhưng vẫn có sự chênh lệch về chỉ số hô hấp của VSV, lý giải điều này có lẽ là vì SSSM được bổ sung nấm mốc Penicillium chrysogenum N2 có khả năng phân hủy lignin cao đã giúp thúc đẩy quá trình hô hấp của VSV. Tuy nhiên, các giá trị này đều cao hơn so với kết quả nghiên cứu của Fernández-Alberti (2012) khi báo cáo rằng hô hấp VSV của Biomix (có thành phần đất, rơm và than bùn) đạt 308 mg CO2/100 g [16] cũng sau 15 ngày ủ ban đầu.
53