C ƢƠN 3: VẬT LIỆ VÀ P ƢƠN P ÁP N IÊN ỨU
3.2.1.Tuyển chọn chế phẩm sinh học có hoạt tính enzyme cellulase cao nhất
3.2.1.1. Mục đích: Chọn lọc được chế phẩm sinh học có khả năng sinh enzyme cellulase có hoạt độ cao nhất để ứng dụng vào quá trình ủ.
Tiến hành lấy mỗi chế phẩm sinh học 10g pha trong 90ml môi trường M1, có bổ sung vỏ cacao làm cơ chất cảm ứng, hoạt hóa trong môi trường M1 trong ba điều kiện khác nhau đó là điều kiện hiếu khí; kỵ khí; kết hợp giữa hiếu khí và kỵ khí; sau 48h, 72h, 96h, lần lượt đem chiết dịch enzyme và thử hoạt tính enzyme bằng phương pháp đục lỗ thạch để xác định đường kính vòng phân giải trong môi trường WA và xác định hàm lượng đường khử bằng phương pháp đo quang dựa trên phản ứng màu của đường khử sinh ra và dung dịch DNS.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 21 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Hình 1. Cách bố trí thí nghi m tuyển chọn chế phẩm
3.2.2. Thiết kế máy nghiền vỏ ca cao
3.2.2.1. Mục đích: Thiết kế máy nhỏ gọn, đơn giản, chạy bằng điện, sử dụng các răng nhỏ có tác dụng vừa cắt đứt vừa chà xát với tấm lưới kim loại bên dưới, sử dụng motor 2 mã lực để nghiền nhỏ vỏ cacao, phá vỡ kết cấu cellulose, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, rút ngắn thời gian hoai mục vỏ cacao khi ủ.
3.2.2.2. Bố trí thí nghiệm
Nhómchúng tôi đã thiết kế máy nghiền vỏ với các thông số như sau: tổng chiều cao 85cm; chân đế rộng 40cm; phễu nhập liệu hình chữ nhật với kích thước 45x30cm; ru lô có đường kính 15cm, chiều dài 28cm, trên bề mặt có hàn 8 lớp dao cắt được
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 22 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
sắp xếp so le có chức năng vưa cắt nhỏ vừa kết hợp chà xát với tấm lưới đỡ bên dưới, lưới sắt được bố trí phía dưới có thể di chuyển tại chỗ để điều chỉnh độ mở của niệng tháo sản phẩm, có thể năng động thay đổi kích thước hạt nhờ 2 đai ốc điều khiển bên dưới; ru lô hoạt động nhờ cơ cấu truyền động thông qua băng tải và bu ly có đường kính 10cm, được tải nhờ motor công suất 2 mã lực đạt số vòng quay 1800 vòng/phút. Bản vẽ chi tiết máy nghiền được thể hiện trên hình 2a và 2b.
Hình 2a. Hình chiếu cạnh Hình 2b. Hình chiếu đứng
Ƣu đ ểm: Nhỏ gọn dễ đàng di chuyển, đơn giản, chạy bằng điện, sử dụng các răng nhỏ có tác dụng vừa cắt đứt vừa chà xát với tấm lưới bên dưới, sử dụng motor 2 mã lực để nghiền nhỏ vỏ cacao, năng động thay đổi kích thước hạt. Sau khi nghiền kích cỡ vỏ đạt khoảng 0,5x0,5 cm.
3.2.3. Xây dựng quy trình ủ và khảo sát sự biến đổi của các nhân tố chính trong quá trình ủ.
3.2.3.1. Mục đích: Chuyển hóa vỏ trái cacao và thân cây đậu thành phân bón hữu cơ với công thức đơn giản, dễ dàng kiểm soát được các yếu tố diễn ra trong quá trình ủ, khắc phục được mùi, thời gian phân hủy vỏ ngắn.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 23 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
3.2.3.2. Bố trí thí nghiệm Nguyên liệu:
Bảng 4. Thành phần nguyên li u ủ phân
Stt Nguyên liệu Khối lượng(kg) Tỷ lệ (%)
1 Vỏ cacao 1000 61.69
2 Thân cây đậu 500 30.85
3 Vôi bột 5 0.31 4 Đường cát vàng 0.5 kg 0.03 5 Phân bò 100 6.17 6 Phân urê 2 0.12 7 KNO3 0.5 0.03 8 MgSO4 0.5 0.03 9 Lân 10 0.62 10 Chế phẩm Compost maker 2 0.12 11 DAP 1 0.06
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 24 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Hình 3. Bố trí thí nghi m quy trình ủ phân
- ƣ c 1: Nghiền thô, làm giảm độ ẩm nguyên liệu vỏ cacao
Vỏ cacao được nghiền thô (khoảng 0,5cm x 0,5cm), trải thành lớp mỏng phơi trực tiếp ngoài nắng để làm giảm độ ẩm đến khoảng 40-45%.
- ƣ Làm tăng sinh khối men vi sinh
Cần phơi khô vỏ cacao đến độ ẩm khoảng 40-45% để sau khi tưới dịch men vi sinh vào khối hỗn hợp đạt độ ẩm 50-55% (bóp mạnh trong tay thấy vừa ứa nước). Tính cho 1 tấn vỏ cacao: Khuấy 2 kg hỗn hợp men vi sinh trong nước pha rỉ đường loãng (0,5-1,0 lít rỉ đường/200 lít nước) hòa với hỗn hợp gồm: 2 kg urea, 1 kg DAP, 0,5 kg MgSO4 và 0,5 kg KNO3 để khoảng 2 ngày cho tăng sinh khối vi sinh rồi sau đó dùng dịch này phun đều vào đống ủ.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 25 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
- ƣ Phối trộn dịch men vi sinh, ủ hoai
Trước khi tưới hỗn hợp dung dịch men vi sinh đem phối trộn phân bò. Trải đều vỏ cacao và thân cây đậu thành từng lớp xen kẽ nhau đồng thời phun hoặc tưới đều dịch men vi sinh có hòa với super lân (1% lượng vỏ cacao) và urea (0,05% lượng vỏ cacao). Vun thành đống cao >1,2m; phủ bạt che kín đống ủ khoảng 7-10 ngày để giữ nhiệt độ. Chú ý, tùy điều kiện mặt bằng, phương tiện thiết bị để đảo trộn có thể chất đống ủ với khối lượng tùy ý nhưng cần phải khá lớn (chiều cao >1,2m) để có thể tạo và giữ nhiệt độ cho đống ủ (nhiệt độ tối đa có thể lên đến 60-70oC) giúp việc phân hủy nhanh và triệt để hơn. Khâu này có thể được thực hiện ngoài sân bãi. Sau 7-10 ngày đảo trộn đống ủ để cung cấp oxy. Tiếp tục đậy kín lại sau 7 - 10 ngày thì tiếp tục đảo trộn.
Trong thời gian ủ tiến hành kiểm tra nhiệt độ, pH, độ ẩm, hàm lượng nitơ, hàm lượng cacbon, hàm lượng cellulose thô và điều chỉnh các thông số cho phù hợp với điều kiện hoạt đông của vi sinh vật để cho đống ủ nhanh hoai nhất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.3.3. Các chỉ tiêu theo dõi trong thời gian ủ - Biến thiên nhiệt độ theo thời gian ủ;
- Biến thiên độ ẩm theo thời gian ủ; - Biến thiên pH theo thời gian ủ;
- Biến thiên hàm lượng cellulose theo thời gian ủ; - Biến thiên hàm lượng nitơ theo thời gian ủ; - Biến thiên hàm lượng cacbon theo thời gian ủ; - Biến thiên tỷ lệ C:N theo thời gian ủ.
Các phương pháp xác định nhiệt độ, độ ẩm, pH theo TCVN 5979:1995 (ISO 10390:1994); Xác định nitơ, phosphor tổng và kali hữu hiệu theo TCVN 8557- 2010; AOAC 957.02 (2011); TCVN 8560-2010; xác định xơ thô theo TCVN 5103:1990; xác định hữu cơ tổng số theo TK.AOAC 967.05 (2011); xác định tro tổng theo FAO, 14/7, 1986. Acid humic theo TCVN 8561-2010.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 26 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Thí nghiệm được thực hiện trên 2 đống ủ: Một đống ủ sử dụng chế phẩm sinh học tuyển chọn được từ thí nghiệm 1 (Compost maker) và một đống ủ đối chứng (sử dụng chế phẩm Gem P và Gem K) để so sánh tốc độ hoai mục
3.3. P ƣơng p áp t ống kê và xử lý số li u
Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần, kiểm tra sai số bên trong các nghiệm thức bằng phần mềm Excel; so sánh sự sai khác của các giá trị trung bình sử dụng phương pháp LSD bằng phần mềm thống kê Statgraphics Centurion XV.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 27 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
C ƢƠN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Kết quả tuyển chọn chế phẩm sinh học có hoạt tính enzyme cellulase cao nhất nhất
4.1.1. Kết quả p ƣơng p áp đục lỗ thạch
4.1.1.1. Kết quả đường kính vòng phân giải hoạt hóa ở điều kiện hiếu khí
Hoạt tính enzyme được đánh giá bằng đường kính vòng phân giải, kết quả được trình bày trên bảng 5.
Bảng 5 Đƣờng kính vòng phân giả đ ều ki n hiếu khí
Chế phẩm
Đường kính vòng phân giải (cm)
48h 72h 96h NS 1.1±0.133 1.9±0.113 1.933±0.131 C.M 2.267±0.346 2.733±0.285 3.067±0.034 TKS.M2 1.6±0.113 1.633±0.065 1.733±0.065 GBD 0.967±0.285 1.0667±0.261 1.167±0.261 Trichomix 0.833±0.065 0.967±0.065 1.267±0.131 T.England 1±0.0453 0.9±0.113 1.3±0.013 Achacomix 0.767±0.065 0.833±0.065 0.867±0.065 Gem-p1 0.5±0.011 0.633±0.065 0.7±0.113 BIOF 0.567± 0.065 0.733±0.065 0.833±0.065
Kết quả ở bảng 5 cho thấy ở cả 9 chế phẩm khảo sát đều có khả năng tổng hợp enzyme cellulase và đường kính vòng phân giải của các chế phẩm đều tăng theo thời gian trong đó nổi bật nhất là chế phầm Compost maker, đường kính vòng phân giải sau 96h hoạt hóa lên tới 3.067 cm. trong khi các chế phẩm còn lại chỉ dao động trong khoảng 0.8 đến 2 cm. cho thấy hoạt tính phân giải của chế phẩm Compost maker có hoạt tính enzyme cellulase mạnh nhất.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 28 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
4.1.1.2. Kết quả đường kính vòng phân giải ở điều kiện kỵ khí
Kết quả đường kính vòng phân giải trên môi trường thạch ở điều kiện kỵ khí được thể hiện trên bảng 6.
Bảng 6 Đƣờng kính vòng phân giả đ ều ki n kỵ khí
Chế phẩm
Đường kính vòng phân giải (cm)
48h 72h 96h NS 1.6±0.113 1.7±0.113 1.8±0.113 C.M 2.267±0.034 2.8±0.226 3±0.196 TKS.M2 0.6±0.113 0.667±0.173 1.167±0.042 GBD 1.6±0.011 1.6±0.113 1.8±0.113 Trichomix 1.167±0.065 1.3±0.011 1.4±0.113 T.England 0.9±0.013 1.1±0.029 1.233±0.017 Achacomix 0.767±0.065 1.133±0.017 1.3±0.013 Gem-p1 0.5±0.011 0.633±0.065 0.7±0.011 BIOF 0.733±0.065 0.833±0.065 0.967±0.131
Kết quả ở Bảng 6 cho thấy cả 9 chế phẩm khảo sát đều có khả năng tổng hợp enzyme cellulase và đường kính vòng phân giải tăng dần theo thời gian. Điều này cho thấy các chế phẩm sinh học này bao gồm cả hệ sinh vật hiếu khí và kỵ khí.
Kết quả đo đường kính vòng phân giải cho thấy, chế phẩm có khả năng phân giải cellulose mạnh nhất vẫn là chế phẩm compost maker. Đặc biệt đường kính vòng phân giải sau 96h hoạt hóa lên đến 3 cm, lớn hơn nhiều so với các chế phẩm còn lại.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 29 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
4.1.1.3. Kết quả đường kính vòng phân giải ở điều kiện kỵ khí và hiếu khí (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả đường kính vòng phân giải ở điều kiện kỵ khí và hiếu khí được trình bày ở bảng 7.
Bảng 7 Đƣờng kính vòng phân giả đ ều ki n kỵ khí và hiếu khí
Chế phẩm
Đường kính vòng phân giải (cm)
48h 72h 96h NS 0.267±0.065 0.367±0.065 0.533±0.025 C.M 2.267±0.285 2.63±0.017 2.867±0.024 TKS.M2 0.267±0.065 0.4±0.011 0.4670.131 GBD 0.667±0.053 0.767±0.015 0.867±0.173 Trichomix 1.033±0.023 1.2±0.034 1.367±0.031 T.England 0.467±0.015 0.6±0.012 0.833±0.011 Achacomix 0.6±0.012 0.8±0.013 1±0.016 Gem-p1 1.23±0.018 1.33±0.045 1.467±0.132 BIOF 0.867±0.236 1.067±0.023 1.267±0.121
Kết quả phép đo đường kính vòng phân giải trên môi trường thạch cho thấy trong các loại chế phẩm đều có chứa thành phần các vi sinh vật rất đa dạng, bao gồm cả vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí và cả vi sinh vật hiếu khí tùy ý, kỵ khí tùy ý. Qua kết quả ở bảng 5, bảng 6 và bảng 7 chúng tôi nhận thấy đường kính vòng phân giải của chế phẩm Compost maker là lớn nhất, điều đó đồng nghĩa với khả năng phân giải cellulose của chế phẩm compost maker là mạnh nhất vì lượng enzyme cellulase sinh ra cao nhất
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 30 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Hình 4. Đƣờng kính vòng phân giải trên m trƣờng thạch
(Chú thích: A: NS; B:BIOF; C:C.M; D:Gem-p1; E:GBD; F:TKS.M2; G:Trichomix; H:T.England;
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 31 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
4.1.2. Kết quả p ƣơng p áp đo quang
4.1.2.1. Kết quả phương pháp đo quang ở điều kiện hiếu khí
Để đánh giá chính xác khả năng sinh enzyme cellulase của 9 chế phẩm, chúng tôi tiến hành xác định hoạt độ CMCase bằng phương pháp đo quang. Đo hàm lường đường khử bằng thuốc thử DNS, dựa vào đường chuẩn glucose và công thức tính ở phụ lục 2. Kết quả phép đo quang trong điều kiện hiếu khí qua 48h, 72h và 96h hoa được thể hiện qua các bảng 8, bảng 9 và bảng 10.
Bảng 8. Kết quả đo quang sau 48h ở đ ều ki n hiếu khí
Chế phẩm AT AB AT - AB CMCase(UI/g) NS 0.773 0.632 0.141 0.2577 ±0.049 C.M 0.984 0.632 0.352 0.643 ±0.048 TKS.M2 0.815 0.632 0.183 0.3343 ±0.036 GBD 0.692 0.632 0.06 0.11 ±0.026 Trichomix 0.637 0.632 0.006 0.0103 ±0.007 T.England 0.679 0.632 0.047 0.0863 ±0.058 Achacomix 0.726 0.632 0.094 0.172 ±0.011 Gem-p1 0.636 0.632 0.004 0.008 ±0.004 BIOF 0.681 0.632 0.049 0.09 ±0.063
Bảng 9. Kết quả đo quang sau ở đ ều ki n hiếu khí
Chế phẩm AT AB AT - AB CMCase(UI/g) NS 1.505 0.756 0.749 1.368±0.029 C.M 1.878 0.756 1.122 2.051±0.122 TKS.M2 1.266 0.756 0.51 0.933±0.049 GBD 1.494 0.756 0.738 1.350±0.127 Trichomix 1.249 0.756 0.493 0.901±0.198 T.England 1.223 0.756 0.467 0.853±0.286 Achacomix 1.357 0.756 0.601 1.099±0.054
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 32 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Gem-p1 1.266 0.756 0.51 0.931±0.240 BIOF 1.139 0.756 0.453 0.828±0.312
Bảng 10. Kết quả đo quang sau 4 ở đ ều ki n hiếu khí
Chế phẩm AT AB AT - AB CMCase(UI/g) NS 1.101 0.780 0.321 0.586 ±0.050 C.M 1.894 0.780 1.114 2.036 ±0.026 TKS.M2 1.585 0.780 0.805 1.471 ±0.051 GBD 0.908 0.780 0.128 0.234 ±0.082 Trichomix 1.180 0.780 0.400 0.730 ±0.114 T.England 0.895 0.780 0.115 0.21 ±0.144 Achacomix 1.108 0.780 0.328 0.60 ±0.376 Gem-p1 0.944 0.780 0.164 0.300 ±0.062 BIOF 1.059 0.780 0.279 0.509 ±0.150
Qua bảng kết quả đo quang sau 48h, 72h và 96h chúng tôi nhận thấy chế phẩm Compost maker có hoạt độ của enzyme cellulase cao nhất. Đặc biệt sau 96h nuôi ở điều kiện hiếu khí, chế phẩm compost maker đạt 2,036(UI/g). Các chế phẩm còn lại cho kết quả nhỏ hơn nhiều, dao động trong khoảng 0,21 đến 1,47 (UI/g). Điều đó chứng tỏ dịch enzyme thu được có hàm lượng cellulase cao, nên khả năng thủy phân đường tốt.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 33 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
4.1.2.2. Kết quả phương pháp đo quang ở điều kiện kỵ khí
Bảng 11. Kết quả đo quang sau 4 ở đ ều ki n kỵ khí
Chế phẩm AT AB AT - AB CMCase(UI/g) NS 1.050 0.780 0.270 0.493 ±0.102 C.M 1.623 0.780 0.843 1.541±0.126 TKS.M2 1.090 0.780 0.311 0.568±0.147 GBD 1.265 0.780 0.486 0.887±0.111 Trichomix 1.314 0.780 0.534 0.976±0.183 T.England 0.980 0.780 0.200 0.366±0.027 Achacomix 1.411 0.780 0.631 1.153±0.025 Gem-p1 0.896 0.780 0.116 0.212±0.145 BIOF 1.202 0.780 0.422 0.771±0.148
Bảng 12. Kết quả đo quang sau 72h ở đ ều ki n kỵ khí
Chế phẩm AT AB AT - AB CMCase(UI/g) NS 1.120 0.763 0.358 0.654±0.546 C.M 1.866 0.763 1.103 2.017±0.540 TKS.M2 1.210 0.763 0.448 0.818±0.478 GBD 1.561 0.763 0.798 1.4583±0.704 Trichomix 1.585 0.763 0.822 1.502±0.494 T.England 1.131 0.763 0.369 0.674±0.844 Achacomix 1.380 0.763 0.618 1.129±0.711 Gem-p1 1.153 0.763 0.390 0.713±0.605 BIOF 1.203 0.763 0.440 0.804±0.610
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 34 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Bảng 13. Kết quả đo quang sau ở đ ều ki n kỵ khí (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chế phẩm AT AB AT - AB CMCase(UI/g) NS 1.249 0.760 0.489 0.894±0.101 C.M 2.118 0.760 1.359 2.483±0.185 TKS.M2 1.298 0.760 0.538 0.984±0.055 GBD 1.666 0.760 0.906 1.656±0.134 Trichomix 1.715 0.760 0.955 1.745±0.022 T.England 1.219 0.760 0.459 0.839±0.199 Achacomix 1.470 0.760 0.711 1.299±0.135 Gem-p1 1.367 0.760 0.608 1.111±0.107 BIOF 1.339 0.760 0.580 1.060±0.154
Kết quả phép đo quang trong điều kiện kỵ khí cũng tương tự, hoạt tính các chế phẩm đều có xu hướng tăng theo thời gian. Chế phẩm cho kết quả lớn nhất vẫn là Compost maker. Tuy nhiên kết quả đo quang ở trường hợp kỵ khí có phần nhỏ hơn so với trường hợp hiếu khí, có thể giải thích mật độ vi sinh vật hiếu khí; hiếu khí tùy ý nhiều hơn so với vi sinh vật kỵ khí, vì vậy sẽ phù hợp để ứng dụng vào quá trình ủ phân.
4.1.2.3. Kết quả phương pháp đo quang ở điều kiện kỵ khí và hiếu khí
Bảng 14. Kết quả đo quang sau 4 ở đ ều ki n kỵ khí và hiếu khí
Chế phẩm AT AB AT - AB CMCase(UI/g) NS 0.870 0.772 0.099 0.180±0.133 C.M 1.332 0.772 0.561 1.025±0.186 TKS.M2 0.970 0.772 0.198 0.362±0.220 GBD 0.913 0.772 0.141 0.258±0.050 Trichomix 1.181 0.772 0.409 0.748±0.091 T.England 0.852 0.772 0.081 0.148±0.090 Achacomix 0.954 0.772 0.182 0.333±0.145 Gem-p1 0.838 0.772 0.067 0.122±0.064
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học 35 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
BIOF 1.144 0.772 0.372 0.681±0.134
Bảng 15. Kết quả đo quang sau ở đ ều ki n kỵ khí và hiếu khí
Chế phẩm AT AB AT - AB CMCase(UI/g) NS 1.095 0.746 0.349 0.638±0.222 C.M 1.584 0.746 0.838 1.532±0.085 TKS.M2 1.287 0.746 0.541 0.988±0.226 GBD 1.219 0.746 0.473 0.864±0.179 Trichomix 1.382 0.746 0.635 1.161±0.010 T.England 0.906 0.746 0.159 0.291±0.045 Achacomix 1.135 0.746 0.388 0.710±0.185 Gem-p1 0.902 0.746 0.156 0.285±0.047 BIOF 1.276 0.746 0.529 0.968±0.185
Bảng 16. Kết quả đo quang sau 4 ở đ ều ki n kỵ khí và hiếu khí
Chế phẩm AT AB AT - AB CMCase(UI/g) NS 1.155 0.765 0.389 0.712±0.117