Hình 3.22 Sơđồ tủđiều khiển
1. Đĩng CB 3 pha và CB tép 1 cực (bên trong tủ): cấp điện cho mạch điều khiển và mạch động lực → 3 đèn báo pha sáng.
2. Khởi động điện trở nung dầu bằng switch “ON/OFF nung dầu”, dầu trong thùng sẽ
nĩng dần lên.
3. Khởi động mơ tơ nghiền bằng nút nhấn ON →đưa nguyên liệu vào
4. Khởi động mơ tơ khuấy bằng nút nhấn ON → cánh khuấy trong bồn sẽ trộn đều nguyên liệu.
5. Khởi động mơ tơ bơm dầu bằng nút nhấn ON. Mơ tơ bơm dầu sẽ dẫn dầu đối lưu giữa thùng dầu nĩng và mặt dưới của bồn trộn nguyên liệu→nhiệt độ dầu ở mặt dưới
của bồn trộn nguyên liệu tăng→ nhiệt độ của nguyên liệu trong bồn tăng → bay hơi
→ tăng độẩm →điều chỉnh tốc độ quạt để tăng lưu lượng khơng khí vào bồn trộn →
giảm độ ẩm. Nhiệt độ của dầu ở mặt dưới bồn trộn khoảng 450 C thì độẩm đạt tối đa (100%).
- Khi độẩm trong bồn dưới 85% thì đèn báo đủẩm sáng
- Khi độ ẩm trong bồn trên 85% thì đèn báo quá ẩm sáng →điều chỉnh tăng lưu lượng khơng khí vào bồn trộn → giảm độẩm trong bồn.
- Nhiệt độ dầu ở mặt dưới bồn trộn được duy trì trong khoảng 400C ÷ 450C, điện trở nung dầu cĩ thểđược ngắt bằng switch “ON/OFF nung dầu”.
6. Khởi động điện trở khơ bằng switch “ON/OFF điện trở khơ” để đốt khí thốt ra từ
thùng trộn. Sau đĩ, lượng khí này sẽ qua thùng than hoạt tính hấp thụ trước khi thốt ra mơi trường bên ngồi. Nhiệt độ trong thùng điện trở khơ được duy trì trong khoảng 2500C ÷ 3000C, điện trở nung dầu cĩ thể được ngắt bằng switch “ON/OFF điện trở
khơ”. 7. Lưu ý:
- Nhiệt độ của dầu ở mặt dưới bồn trộn nguyên liệu được điều khiển bằng đồng hồ
nhiệt “Điện trở nung dầu”.
- Nhiệt độ của điện trở khơ được điều khiển bằng đồng hồ nhiệt “Điện trở khơ”. - Độẩm trong thùng được điều khiển bằng “Bộ báo ẩm”.
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ & THẢO LUẬN 4.1. NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT MEN VI SINH
4.1.1. Phân lập, định danh, tuyển chọn vi sinh vật Phân lập
Quá trình phân lập thu được tổng cộng cĩ 15 chủng cĩ các đặc điểm điển hình của giống Bacillusđược lựa chọn dựa trên đặc điểm khuẩn lạc và vi thể là trực khuẩn; Gram dương; cĩ khả năng sinh nội bào tử; sinh trưởng hiếu khí. Mười lăm chủng này được giữ
giống và tiến hành định danh nhằm sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo.
Định danh
Kết quả nghiên cứu đăc điểm hình thái học và sinh hĩa của 15 chủng Bacillus sp.
đã được phân lập kết quả: Cĩ 12 chủng cĩ các đặc tính của lồi vi khuẩn B.subtilis (B1, B2, B3, B5, B6, B7, B8, B9, B10, B11, B12, B14); 2 trong số đĩ cĩ tính chất của lồi
B.megaterium (B13, B15) và 1 trong số đĩ là B.licheniformis (B4) (Bảng 4.1). Các kết quả này phù hợp với các mơ tả của Bergey và các nghiên cứu tương tự của Muhammad và cs (2007), Nagal và cs (2010) và Wang và cs (2010) về các biểu hiện đa dạng hoặc khơng hiển thị của một sốđặc điểm.
Tuyển chọn
Nghiên cứu đường cong tăng trưởng của chủng đại diện cho từng lồi (dựa trên các yếu tố kích thước khuẩn lạc, vi thể, tăng trưởng ổn định) theo phương pháp trải đĩa sau mỗi 2h cho thấy rằng các chủng phân lập được cĩ khoảng thời gian thích nghi khá dài (4-6 giờ) chậm hơn so với các mơ tả trong báo cáo của Shiau và cs. (2010) và Kebabci và cs. (2010) – khoảng 2-4 giờ, đạt tới pha cân bằng sau 10 giờ, và sau 20 giờ đi vào pha suy tàn. Riêng B. licheniformis cĩ pha ổn định dài hơn, sau 24 giờ khảo sát vẫn vẫn chưa xác
định được thời điểm pha suy tàn (Bảng 4.1).
Hai loại enzyme được khảo sát trong chuyên đề là protease thủy phân protease và amylase thủy phân tinh bột. Đây là những enzyme cĩ vai trị chính trong việc thủy phân các thành phần chủ yếu của chất thải thực phẩm, vì vậy cĩ thể sẽ đĩng vai trị khá quan trọng trong quá trình xử lý chất thải thực phẩm. Cho tới nay, đa số các báo cáo khoa học (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
đều cho thấy nhĩm vi khuẩn Bacillus tạo enzyme trong khoảng 24-48 giờ dù được nuơi trên mơi trường lỏng hay bán rắn (Haq và cs., 2002; Babu và cs., 1995; Uyar và cs., 2004). Vì vậy trong chuyên đề này chúng tơi khảo sát enzyme tại hai thời điểm này của quá trình nuơi.
Bảng 4.1: Đặc điểm hình thái học và sinh hĩa của các chủng Bacillus sp. Đặc điểm B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 Di động + + + + + + + + + + + + + + + Oxidase - - - - - - - Catalase + + + + + + + + + + + + + + + Casein Protease + + + + + + + + + + + + + + + Urease - - nd - - - - - - + - + Citrate + + + + + + + + + + + - + + + Phản ứng MR - + + + nd + - + + + + + nd v nd Phản ứng VP + + + + + + + + + + + + - + - KhửNitrate + + + + + + + + + + + + + + - Galactose - - - + - - - - - - + - + Glucose + + + + + + + + + + + + - + + Maltose + + + + + + + + + + + + - + + Xylose - - - + - - - - nd nd nd + + - + Manitol - - - + - - - - - - - Tinh bột + + + + + + + + + + + + + Indol - - - + - - - - - - - Kỵkhí - - + + + - - - + - - - Phản ứng sinh hơi + - nd - + - - + + + - - nd - nd
Ghi chú: -. Âm tính; +. Dương tính; nd. Khơng hiển thị
Đối với protease,sau 24 và 48 giờ, trong số 15 chủng phân lập được cĩ 6 chủng cĩ khả năng sinh protease ngoại bào thuộc các lồi B.subtilis và B.licheniformis (Hình 4.2). Bốn trong số đĩ cĩ khả năng sinh protease cao và khơng cĩ sự chênh lệch về lượng protease tạo thành sau 24 và 48 giờ.
Udandi (2010), trong nghiên cứu của mình và cộng sự đã cho thấy cả B.subtilis,
B.licheniformis và B.megaterium đều cĩ khả năng sinh protease ngoại bào hoạt tính cao (> 500UI/ml) khi sử dụng nguồn carbon là glucose. Trong nghiên cứu này, chỉ cĩ một ba chủng thuộc lồi B.subtilis và một chủng thuộc lồi B.licheniformis cĩ thể tạo protease với một hoạt lực tương đối (150 ÷ 300 UI/ml), các chủng cịn lại đều tạo ra hoạt lực protease rất hạn chế.
Hình 4.1: Tăng trưởng của các lồi vi khuẩn phân lập được theo thời gian Kết quả khảo sát khả năng sinh amylase cho thấy hầu hết các chủng cĩ thể tạo amylase (Hình 4.3). Tuy nhiên chỉ cĩ các chủng B2, B4, B6, B7, B8 tạo ra amylase với một hoạt lực tương đối, các chủng cịn lại tạo ra rất ít. Hoạt lực enzyme amylase sau 24 giờ nuơi cấy thấp hơn 48 giờđối với tất cả các chủng khảo sát, phù hợp với phát hiện của Haq và cs. (2002).
Hình 4.3: Hoạt tính amylase trong canh trường nuơi cấy của các chủng Bacillus sp. Dựa trên các kết quả xác định đường cong tăng trưởng, khả năng sinh enzyme ngoại bào và mật độ vi sinh vật khí kết thúc nuơi cấy, ba chủng B.subtilis (B2, B6, B7) và một chủng B.licheniformis (B4) được lựa chọn để sản xuất sinh khối, tạo chế phẩm xử lý. Thời gian thu hoạch canh trường được lựa chọn là 24 giờ. Thời điểm này các chủng chưa tạo được nhiều amylase nhất, nhưng mật độ tế bào và hoạt lực protease đã cực đại. Hơn nữa nếu kéo dài thêm thời gian nuơi cấy, lượng amylase tạo ra thêm cũng khơng nhiều.
4.1.2. Sản xuất chế phẩm men vi sinh và đánh giá chất lượng
Các chủng B2, B4, B6, B7 được nuơi sinh khối một cách riêng biệt bằng thiết bị
mơ tả trong phần 2.1.2. Sau khi thu hoạch, canh trường được đem ly tâm ở 10000xg trong 15 phút. Cặn ly tâm được phối trộn với đường lactose theo tỷ lệ 1:5 và sấy ở nhiệt độ
60oC trong khoảng 24 giờ. Tiếp theo là bước phối trộn sinh khối khơ của từng vi khuẩn
được chuẩn bị như trên thành chế phẩm theo tỷ lệ đều nhau (mỗi loại vi khuẩn 250 g thành 1 kg chế phẩm). Mật độ vi sinh vật và hoạt lực các enzyme trong chế phẩm được trình bày trong bảng 4.2.
Bảng 4.2: Một số chỉ tiêu chất lượng của chế phẩm
Độẩm (%) 2,1
Sản phẩm men vi sinh bao gồm vi sinh vật thuộc giống Bacillus và các enzyme, phù hợp với mục đích xử lý chất thải thực phẩm theo phương pháp sấy sinh học. Các enzyme cĩ trong sản phẩm sẽ thúc đẩy quá trình thủy phân các thành phần cĩ trong thực phẩm ngay khi được đưa vào khối xử lý. Trong khi đĩ, vi sinh vật trong sản phẩm sẽ
nhanh chĩng thích nghi với mơi trường chất thải và tăng trưởng, chuyển hĩa các chất hữu cơ giải phĩng ra nhiệt phục vụ cho quá trình sấy. Các chủng vi sinh này cĩ tốc độ tăng trưởng nhanh, cĩ khả năng sinh bào tử, thích hợp với điều kiện của quá trình xử lý (pH acid đến kiềm nhẹ, độẩm từ 50% đến hơn 70%, nhiệt đơ 30-50oC), và đặc biệt là thuộc nhĩm vi sinh vật an tồn đối với con người.
4.2. THỬ NGHIỆM XỬ LÝ CHẤT THẢI THỰC PHẨM 4.2.1. Thành phần chất thải 4.2.1. Thành phần chất thải
Chất thải thực phẩm trong thực tế cĩ nguồn gốc và thành phần rất đa dạng. Chúng cĩ thể được tạo ra từ các nhà hàng, khách sạn, quán ăn, các hộ gia đình hay các xưởng chế biến thực phẩm. Về thành phần, ngồi các chất chính như tinh bột, đạm, xơ, chất thải thực phẩm cịn chứa các chất khác như chất béo, đường, muối,…Khả năng và tốc độ phân hủy của các thành phần này tương đối khác nhau. Tác nhân thực hiện phân hủy chúng là vi sinh vật và các enzyme do vi sinh vật tiết ra cũng rất đa dạng. Tuy nhiên, cĩ một điểm chung của các vi sinh vật này là chúng sử dụng các chất đơn giản, cĩ thể là sản phẩm của quá trình thủy phân chất thải thực phẩm, làm nguồn cơ chất để tồn tại và phát triển. Nĩi cách khác, chất thải thực phẩm đĩng vai trị là mơi trường sống của vi sinh vật tham gia quá trình xử lý. Vi sinh vật cần mơi trường cung cấp đầy đủ các nguồn năng lượng, carbon, nitơ, khống đa lượng, vi lượng và vitamin. Trong một số lĩnh vực nghiên cứu và
ứng dụng vi sinh vật, đặc biệt là ứng dụng của vi sinh vật trong xử lý chất thải rắn, người ta thường sử dụng tỷ lệ carbon: nitơ (C/N) làm một thơng sốđại diện để đánh giá sự phù hợp của một mơi trường đối với sự phát triển của vi sinh vật. Tỷ lệ C/N cĩ thể dao động trong khoảng 10 ÷ 30, tùy thuộc vào điều kiện (nhiệt độ, pH, mức độ thống khí…) và phương pháp xử lý (phân hủy, ủ compost, tạo khí sinh học,…). Đối với phương pháp sấy sinh học, nhiều nghiên cứu cho thấy tỷ lệ C/N thích hợp trong khoảng 15 ÷ 30 (Narvaee- Ardeh và cs., 2010).
Trong nghiên cứu này, để loại bỏ ảnh hưởng của thành phần chất thải đến quá trình xử lý, chúng tơi cố định tỷ lệ các thành phần như sau: cơm (tinh bột): thịt, cá (chất
đạm): rau (chất xơ) là 30: 4: 1. Mẫu chất thải thực phẩm trên được gửi phân tích ở Phịng Thí nghiệm Mơi trường của Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM và kết quả tỷ lệ C/N tương
4.2.2. Độẩm
Độ ẩm của chất thải thực phẩm dù cĩ bổ sung men vi sinh hay khơng đều cĩ xu hướng giảm qua quá trình xử lý, mặc dù sự thay đổi theo thời gian xử lý cĩ sự khác biệt. Sau 6 ngày xử lý độ ẩm của chất thải giảm xuống cịn khoảng 52% từ độ ẩm ban đầu khoảng 72% (Hình 4.4). Ở ngày thứ 7, buồng xử lý được gia nhiệt ở 80oC để diệt vi sinh vật gây bệnh. Vì vậy độẩm giảm nhanh xuống cịn 32%.
Trong trường hợp bổ sung men vi sinh, độ ẩm của chất thải tăng lên trong ngày
đầu. Cĩ thể giải thích điều này như sau: enzyme trong men và enzyme được tạo ra bởi vi sinh vật cĩ trong khối chất thải cắt mạch các chất cao phân tử như tinh bột, protein, làm cho khả năng giữ nước của các chất này giảm xuống. Kết quả là nước liên kết được tách ra làm cho độẩm tăng lên. Như vậy sự thay đổi về độẩm thể hiện phần nào sự thúc đẩy các quá trình sinh học trong chất thải khi bổ sung men vi sinh.
Tỷ lệ loại nước trong nghiên cứu này là 57% (chưa tính lượng nước thốt ra khi nâng nhiệt độ lên 80oC để diệt khuẩn), thấp hơn kết quả thu được bởi Dongquing và cs (2008) là 78%. Sự khác biệt này cĩ thể là do thời gian và nhiệt độ thực hiện quá trình ở 2 nghiên cứu là khác nhau. Dongquing và cs (2008) tiến hành thí nghiệm trong điều kiện nhiệt độ 40 ÷ 70oC và thời gian là 16 ngày. Ở một nghiên cứu khác, 50% lượng nước ban
đầu trong chất thải được loại bỏ và quá trình hồn tồn nhờ vào nhiệt giải phĩng ra từ sự
chuyển hĩa sinh học của chất thải (Zawadzka và cs., 2010). Trong nghiên cứu trên, chất thải được xử lý trong thời gian là 14 ngày. Tuy nhiên, cung cấp khí và đảo trộn khơng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
được thực hiện tốt, nên cĩ sự phân tầng về nhiệt độ. Kết quả là hiệu suất loại bỏ nước khơng cao.
Hình 4.4: Sự thay đổi của độẩm
4.2.3. Hàm lượng chất rắn bay hơi
Hàm lượng chất rắn bay hơi được tính tốn dựa trên tỷ lệ chất rắn bay hơi cịn lại trong khối xử lý so với lượng chất rắn bay hơi ban đầu. Như vậy giá trị ban đầu trong các thí nghiệm đều là 100%. Sau 7 ngày xử lý, lượng chất rắn bay hơn trong thí nghiệm khơng bổ sung men giảm xuống 92% trong khi giá trị này là 70% ở thí nghiệm cĩ bổ
sung men (Hình 4.2). Kết quả này cho thấy việc bổ sung men vi sinh cĩ tác dụng gia tăng quá trình chuyển hĩa sinh học của các chất hữu cơ cĩ trong chất thải.
Trong thành phần men vi sinh cĩ vi sinh vật và các enzyme thủy phân. Các enzyme này thủy phân các chất cao phân tử như tinh bột, protein thành những phân tử
nhỏ nhưđường glucose, amino acid. Đây là nguồn cơ chất rất phù hợp đối với vi sinh vật, giúp cho chúng tăng trưởng nhanh và lâu hơn. Hình 4.5 cho thấy ở thí nghiệm bổ sung men vi sinh, hàm lượng chất rắn bay hơi liên tục giảm từ ngày thứ 1 đến ngày thứ 5. Trong khi đĩ khi khơng cĩ men, quá trình giảm chất rắn bay hơi chủ yếu diễn ra trong 2 ngày đầu.
Thời gian (ngày)
Hình 4.5: Sự thay đổi của hàm lượng chất rắn bay hơi
4.2.4. Mật độ vi sinh vật
Sự thay đổi tổng số vi sinh vật trong khối chất thải đang xử lý được thể hiện ở
Hình 4.6. Nếu khơng xét đến giai đoạn gia nhiệt để diệt vi sinh vật gây bệnh ở ngày thứ 7 thì mật độ tổng vi sinh vật dao động trong khoảng 107 ÷ 109 cfu/g đối với quá trình xử lý khơng bổ sung men vi sinh (Hình 4.6). Khi bổ sung men vào khối chất thải với tỷ lệ 0,1% (w/w), giá trị này tăng lên 108 ÷ 1010 cfu/g.
Trong ngày đầu của quá trình xử lý, mật độ vi sinh tăng rất ít do vi sinh vật cần thời gian thích nghi với mơi trường. Lúc này bên trong vi sinh vật xảy ra các đáp ứng sinh tổng hợp, các enzyme cần thiết cho quá trình chuyển hĩa chất hữu cơđược hoạt hĩa hoặc biểu hiện. Ở thí nghiệm khơng bổ sung men vi sinh, mật độ vi sinh vật chủ yếu tăng
ở ngày tiếp theo (thứ 2). Các ngày sau đĩ mật độ hầu như khơng tăng, chỉ dao động trong khoảng 3x108 ÷ 7x108 cfu/g. Trong khi đĩ, ở thí nghiệm cĩ bổ sung men, vi sinh vật tiếp tục tăng trưởng đến ngày thứ 4, đạt giá trị 8x109 cfu/g. Thời gian cịn lại, mật độ vi sinh giảm dần xuống giá 3x109ở ngày thứ 6. Cĩ nhiều yếu tố cĩ thể làm cho vi sinh vật khơng tăng trưởng được chẳng hạn nhưđộẩm, nhiệt độ, pH, các chất ức chế. Ở nghiên cứu này, yếu tố ức chế vi sinh vật tăng trưởng ở giai đoạn sau của quá trình xử lý (từ ngày thứ 3 hoặc thứ 5 đối với quá trình xử lý khơng hoặc cĩ bổ sung men) cĩ thể là độ ẩm. Cũng
Thời gian (ngày) Chất rắn bay hơi (%)
55%, vi sinh vật đã giảm hoạt động. Điều này cĩ thể giải thích là do khối chất thải thực