Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý phế thải chăn nuôi gia cầm làm phân bón

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
----------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài: Nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh vật
xử lý phế thải chăn nuôi gia cầm làm phân bón

Ngƣời hƣớng dẫn

: TS. Nguyễn Thế Trang

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thảo Nguyện
Lớp
: 1301

HÀ NỘI, 2017


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Thế Trang là người

thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tôi có thể hoàn
thành tốt khóa luận tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô trong khoa Công nghệ
Sinh học, Viện Đại học Mở Hà Nội đã trang bị cho tôi những kiến thức và tạo
điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường.
Trong thời gian qua, tôi đã nhận được sự hỗ trợ nhiệt tình và những ý
kiến đóng góp bổ ích của các cán bộ nghiên cứu Phòng Công nghệ vật liệu
sinh học – Viện Công nghệ sinh học. Nhân dịp này tôi xin chân thành cảm ơn
sự giúp đỡ quý báu đó.
Cuối cùng xin bày tỏ tình cảm chân thành nhất tới gia đình, bạn bè,
những người thân đã luôn bên tôi, quan tâm, động viên và là chỗ dựa vững
chắc trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2017
Sinh viên

Nguyễn Thảo Nguyện

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
MỤC LỤC ......................................................................................................... ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ v
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ ............................................................... vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................ 3
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ L

PH

THẢI HỮU CƠ TRÊN

TH GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ........................................................................ 3
1.1.1. Tình hình nghiên cứu xử lý phế thải hữu cơ trên thế giới ................ 3
1.1.2. Tình hình nghiên cứu xử lý phế thải hữu cơ ở Việt Nam .................. 7
1.2. THÀNH PHẦN PH THẢI HỮU CƠ VÀ VI SINH VẬT PHÂN GIẢI . 11
1.2.1. Các hydratcacbon trong phế thải ...................................................... 11
1.2.1.1. Xenluloza trong phế thải ................................................................. 11


1.2.1.2. Hemixenluloza trong phế thải ......................................................... 12
1.2.1.3. Lignin trong phế thải ....................................................................... 13
1.2.1.4. Tinh bột trong phế thải .................................................................... 14
1.2.1.5. Pectin trong phế thải ....................................................................... 15
1.2.2. Protein trong phế thải ......................................................................... 15
1.2.3. Lipit trong phế thải ............................................................................. 15
1.3. VAI TRÕ CỦA VI SINH VẬT TRONG Ử L PH THẢI HỮU CƠ . 16
1.3.1. Vi sinh vật phân giải xenluloza .......................................................... 16
1.3.2. Vi sinh vật phân giải hemixenluloza.................................................. 18
1.3.3. Vi sinh vật phân giải tinh bột ............................................................. 19
1.3.4. Vi sinh vật phân giải lignin................................................................. 20
1.3.5. Vi sinh vật phân giải protein .............................................................. 20
1.4. LỢI ÍCH CỦA PHÂN HỮU CƠ........................................................... 21
1.4.1. Các loại phân bón hữu cơ ................................................................... 21
ii


1.4.2. Lợi ích của phân hữu cơ ..................................................................... 22
1.5. TIÊU CHÍ TUYỂN CHỌN VI SINH VẬT PHÙ HỢP TẠO CH
PHẨM VI SINH XỬ L PH THẢI HỮU CƠ ......................................... 24
CHƢƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PH P ....................................... 25
2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ................................................................... 25
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu.......................................................................... 25
2.1.2. Hóa chất chính ..................................................................................... 25
2.1.3. Thiết bị chính ....................................................................................... 25
2.1.4. Môi trƣờng nuôi cấy............................................................................ 25
2.2. PHƢƠNG PH P NGHIÊN CỨU ......................................................... 26
2.2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu vi sinh vật ................................................. 26
2.2.1.1. Đặc điểm hình thái, sinh lý sinh hóa của các chủng vi sinh vật ..... 26
2.2.1.2. Phương pháp giữ giống ................................................................... 28
2.2.1.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật 28
2.2.1.4. Tính đối kháng giữa các chủng vi sinh vật ...................................... 29
2.2.2. Phƣơng pháp lên men, tạo chế phẩm vi sinh vật ............................. 30
2.2.2.1. Phương pháp lên men vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm men .................. 30
2.2.2.2. Tạo chế phẩm................................................................................... 30
2.2.3. Ứng dụng chế phẩm trong xử lý phân gà làm phân bón ................. 30
2.2.3.1. Thiết kế thí nghiệm xử lý phân gà làm phân bón ............................ 30
2.2.3.2. Phân tích các chỉ tiêu bã thải trước và sau ủ của các mẫu ............ 31
CHƢƠNG III. K T QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................ 34
3.1. ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA C C CHỦNG VI SINH VẬT ........... 34
3.1.1. Đặc điểm hình thái khuẩn lạc và tế bào của các chủng vi sinh vật 34
3.1.2. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa .................................................................. 35
3.1.2.1. Ảnh hưởng của thời gian đến sinh trưởng của các chủng vi khuẩn 35
3.1.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng của các chủng vi sinh vật37
3.1.2.3. Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của các chủng vi sinh vật ...... 39
3.1.2.4. Khả năng phân giải CMC................................................................ 41
iii


3.1.2.5. Đối kháng giữa các chủng vi sinh vật ............................................. 41
3.2. TẠO CH

PHẨM VI SINH VẬT XỬ L PH THẢI HỮU CƠ .... 43

3.2.1. Nhân giống vi sinh vật ........................................................................ 43
3.2.2. Biến động nhóm vi sinh vật trong chế phẩm theo thời gian .......... 43
3.3. ỨNG DỤNG CH

PHẨM SINH HỌC XỬ L

PH

THẢI CHĂN

NUÔI GIA CẦM ........................................................................................... 46
3.3.1. Xử lý phân gà tại hộ gia đình ............................................................. 46
3.3.2. Đánh giá chất lƣợng sản phẩm phân hữu cơ từ phân gà sau xử lý 47
K T LUẬN .................................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 50

iv


DANH MỤC CHỮ VI T TẮT
CMC

CacbonxyMetyl Xenlluloza

CFU

Colony - Forming Units (đơn vị hình thành khuẩn lạc)

ĐC

Đối chứng

EM

Effective Microorganisms (vi sinh vật hữu hiệu)

KPH

Không phát hiện

NN&PTNT

Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

NXB

Nhà xuất bản

OD

Optical Density

SLTB

Số lượng tế bào

VSV

Vi sinh vật

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TN

Thí nghiệm

v


DANH MỤC C C BẢNG
Tên bảng

Trang

1.1.

Thành phần hoá học của một số loại phân gia súc, gia cầm

9

3.1.

Biến động nhóm vi sinh vật trong chế phẩm theo thời gian

46

3.2.

Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của phân gà trước xử lý

48

3.3.

Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của sản phẩm sau ủ

49

Bảng

vi


DANH MỤC C C HÌNH, ĐỒ THỊ
Hình

Tên hình

Trang

1.1.

Sơ đồ phát tán chất thải chăn nuôi của Hartung và Philips

3

3.1.

Hình thái khuẩn lạc và tế bào các chủng vi sinh vật

35

3.2.

Ảnh hưởng của thời gian đến sinh trưởng của 2 chủng vi khuẩn

37

3.3.

Ảnh hưởng của thời gian đến sinh trưởng của 2 chủng xạ khuẩn

37

3.4.

Ảnh hưởng của thời gian đến sinh trưởng của nấm men

38

3.5.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của 2 chủng vi khuẩn

39

3.6.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của 2 chủng xạ khuẩn

40

3.7.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của chủng nấm men

40

3.8.

Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của 2 chủng vi khuẩn

41

3.9.

Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của 2 chủng xạ khuẩn

42

3.10. Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của chủng nấm men

42

3.11

Khả năng phân giải CMC của vi khuẩn và xạ khuẩn

43

3.12

Đối kháng giữa các chủng vi sinh vật

44

3.13

Quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý phế thải hữu cơ

47

3.14

Quy trình công nghệ xử lý phân gà thành phân bón hữu cơ sinh học

50

vii


MỞ ĐẦU
Chăn nuôi là một lĩnh vực quan trọng trong nông nghiệp,đáp ứng nhu
cầu thực phẩm hàng ngày của mọi người dân trong xã hội và còn là một
nguồn thu nhập quan trọng cho những người nông dân. Việt Nam những năm
gần đây, chăn nuôi đã góp vai trò quan trọng trong nền kinh tế cả nước. Tuy
nhiên, đi đôi với việc tăng trưởng sản lượng là lượng phế thải trong quá trình
chăn nuôi rất lớn khoảng 85 triệu tấn/năm, nên cần phải có những biện pháp
xử lý phù hợp để tránh gây ô nhiễm môi trường.
Để góp phần xử lý phế thải chăn nuôi có thể sử dụng các biện pháp sinh
học tạo chế phẩm giúp tăng lợi ích của phế thải. Vi sinh vật đang là phương
pháp tiếp cận nghiên cứu tốt nhất của thế giới, tập trung vào việc phân lập vi
sinh vật từ tự nhiên hay tạo ra các chủng giống vi sinh vật mới, có khả năng
nuôi dưỡng, tạo thành các phế phẩm sinh học. Các nghiên cứu về chủng xạ
khuẩn, nấm men và vi khuẩn có khả năng phân giải phế thải chăn nuôi dạng
rắn xử lý trong thời gian 15 ngày có thể sử dụng làm phân bón hữu cơ có giá
trị [16]. Trong quá trình xử lý phế thải thì vi sinh vật đóng vai trò quyết định
nhất trong việc chuyển hóa hợp chất hữu cơ khó phân hủy như xenluloza và
những thành phần còn lại trong phế thải thành những nguồn dinh dưỡng dễ
hấp thụ cho cây trồng. Chính vì lẽ đó việc thực hiện đề tài khóa luận “Nghiên
cứu sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý phế thải chăn nuôi gia cầm làm phân
bón” là cần thiết.
Mục tiêu cơ bản của đề tài
Tạo chế phẩm vi sinh vật phân giải xenluloza và ứng dụng xử lý phân
gà thành phân bón hữu cơ phục vụ cho sản xuất nông nghiệp.
Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu một số đặc điểm cơ bản bộ chủng vi sinh vật có khả năng
sinh tổng hợp xenlulaza cao tại Việt Nam.
- Tạo chế phẩm vi sinh vật xử lý phế thải hữu cơ từ các chủng vi sinh vật.
1


- Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý phân gà thành phân bón
hữu cơ phục vụ cho sản xuất nông nghiệp
Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Tạo được một chế phẩm sinh học an toàn, ứng dụng trong xử lý
phân gà tạo phân bón hữu cơ, đáp ứng vấn đề bức xúc hiện nay về vệ
sinh môi trường nông thôn.
- Tạo nguồn phân bón hữu cơ sinh học sạch phục vụ cho sản xuất
nông nghiệp.

2


CHƢƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

ỬL

PH

THẢI HỮU CƠ TRÊN

TH GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1.1. Tình hình nghiên cứu xử lý phế thải hữu cơ trên thế giới
Các chất thải từ quá trình chăn nuôi đã gây ra nhiều vấn đề về môi
trường, Hartung và Philips phân tích và đưa ra mô hình về mối quan hệ giữa
chăn nuôi và các yếu tố ô nhiễm môi trường từ chăn nuôi như sau:

Hình 1.1. Sơ đồ phát tán chất thải chăn nuôi của Hartung và Philips [1]
Hình trên cho thấy phế thải chăn nuôi khi thải ra môi trường các chất
gây bất lợi cho sức khỏe con người và môi trường sinh thái xung quanh. Phân
chuồng, một chất thải có khối lượng lớn do vật nuôi bài tiết trong quá trình
sinh sống sẽ gây ô nhiễm không chỉ không khí, đất mà cả nguồn nước ngầm,
vì chúng sinh khí độc, chứa các nguyên tố như nitơ, photpho, kali, chì, asen,
cadimi … và các loại mầm bệnh, kí sinh trùng, vi sinh vật gây hại khác như
Enterobacter, E. coli, Salmonella, Streptococcus ... là những tác nhân có thể
gây hại trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người [6; 7].
Phân hữu cơ là loại phân bón thành phần chủ yếu là bã thải thực vật,
động vật mà thông qua hoạt động trực tiếp hay gián tiếp của vi sinh vật, cung
cấp dinh dưỡng cho cây trồng, góp phần nâng cao chất lượng và năng suất của
sản phẩm. Phân hữu cơ là nguồn cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, không

3


ảnh hưởng xấu đến người, động vật và môi trường sinh thái. Phân hữu cơ sinh
học là phân hữu cơ được bổ sung thêm các chủng vi sinh vật sống đã được
chọn lọc, thông qua các hoạt động của chúng tạo nên các chất dinh dưỡng mà
cây trồng có thể sử dụng được (N, P, K…) hay các hợp chất sinh học khác
góp phần nâng cao năng suất hoặc chất lượng nông phẩm. Phân hữu cơ tuy có
tác dụng đến cây trồng chậm hơn phân hóa học, nhưng một ưu điểm lớn mà
phân hoá học không thể có được là làm tăng độ mùn, độ phì nhiêu của đất, do
ưu thế này mà cho đến nay phân hữu cơ được dùng rộng rãi trong nông
nghiệp. Đã từ lâu, con người đã biết ủ lá cây, phân gia súc thành phân hữu cơ
để bón cho cây trồng, mang lại hiệu quả kinh tế. Nhưng việc sản xuất và sử
dụng phân hữu cơ chỉ theo kinh nghiệm dân gian, chưa có những nghiên cứu
về các quá trình diễn ra trong đống ủ. Vào những năm đầu thế kỷ 20, nhiều
nhà sinh học đã bắt đầu nghiên cứu để tìm ra những yếu tố tác động vào quá
trình ủ, rút ngắn thời gian và nâng cao chất lượng phân ủ và đã đạt được nhiều
thành tựu đáng kể. Waksman và các cộng sự nghiên cứu sự phân huỷ hiếu khí
bã thực vật, động vật và đã kết luận nhiệt độ, các nhóm vi sinh vật có ảnh
hưởng đến sự phân huỷ chất thải hữu cơ, Rodale J.I đã kết hợp các nghiên cứu
của Howard với những thực nghiệm của mình và đã đưa ra phương pháp hữu
cơ trong trồng trọt, làm vườn. Theo thời gian phương pháp và kỹ thuật ngày
càng hoàn thiện, đáp ứng nhu cầu chế biến các chất thải nông nghiệp đồng
thời kiểm soát ô nhiễm môi trường do chúng gây ra. Một hình thức sản xuất
phân hữu cơ rất phổ biến là ủ chất hữu cơ thực vật với chất thải động vật, sau
một vài tháng đến hàng năm, sản phẩm tạo thành được dùng làm phân hữu cơ.
Phân hữu cơ có thể gồm các loại như phân xanh, phân chuồng, phân rác, than
bùn, phân hữu cơ vi sinh … Quá trình phân huỷ hợp chất hữu cơ tự nhiên bởi
quần thể vi sinh vật dưới tác động của độ ẩm, nhiệt độ, không khí tạo nên các
sản phẩm cuối cùng là chất mùn và chất dinh dưỡng mà cây trồng có thể hấp
thụ được. Quá trình phân huỷ sinh học các hợp chất hữu cơ xảy ra do những
nhóm vi sinh vật dị dưỡng như vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn và động vật nguyên
4


sinh, trong đó vai trò của hệ vi sinh vật phân giải xenluloza, lignin, protein,
lipit … là rất quan trọng. Khi phân huỷ các chất hữu cơ với sự có mặt của
oxy, thì quá trình được gọi là hiếu khí. Vi sinh vật yếm khí phân huỷ các hợp
chất không có oxy tham gia nhóm đặc biệt đầu tiên là nhóm vi khuẩn sinh axit
và nhóm vi khuẩn chuyển hoá trực tiếp thành metan, amoniac, CO2, H2 …
Trung bình 6 ÷ 8 tháng quá trình phân huỷ hợp chất hữu cơ tự nhiên kết
thúc, thời gian kéo dài có ảnh hưởng đến hiệu quả quay vòng của các chất thải
hữu cơ. Sử dụng chế phẩm vi sinh trong chế biến phế thải chăn nuôi cùng với
việc trộn vào các nguyên liệu nghèo nitơ như rơm rạ, lá khô, mùn cưa, lõi
ngô, cỏ khô … chất lượng phân hữu cơ sẽ được cải thiện. Trong các nghiên
cứu Gauze và các cộng sự đã cho thấy các vi sinh vật phân giải xenluloza đã
làm tăng hàm lượng nitơ và photpho trong phân hữu cơ cùng với việc giảm
giá thành công nghệ.
Sự có mặt của vi sinh vật phân giải xenluloza là một trong các yếu tố
quan trọng để rút ngắn thời gian phân huỷ các hợp chất hữu cơ. Gauze đã sử
dụng các chủng nấm ưa ấm vào các đống ủ, các chủng vi sinh vật phân giải
hợp chất hữu cơ được bổ sung trong quá trình ủ đóng vai trò vi sinh vật khởi
động để sản xuất nhanh phân hữu cơ từ nguồn phế thải giàu xenluloza là
Aspergillus, Trichoderma và Penicillium. Cũng từ các kết quả nghiên cứu và
thực tiễn sản xuất, Gauze và cộng sự đã đề xuất kỹ thuật bổ sung thêm quặng
photphat với liều lượng 5 % và vi sinh vật phân giải lân (Aspergillus,
Penicillium, Pseudomonas, Bacillus) với mật độ 106 ÷ 108 CFU/g cùng với
Azotobacter nhằm nâng cao giá trị dinh dưỡng của sản phẩm [29]. Năm 1980
các kết quả nghiên cứu của Gauze và cộng sự cho thấy việc bổ sung thêm các
loại vi sinh vật có khả năng phân huỷ xenluloza cao cùng các nguyên tố dinh
dưỡng như đạm dạng hữu cơ, lân dạng quặng photphorit và một số điều kiện
môi trường khác đã giúp rút ngắn thời gian ủ phân chuồng từ 4 ÷ 6 tháng còn
2 ÷ 4 tuần. Các chủng vi sinh vật phân giải hợp chất hữu cơ được bổ sung

5


trong quá trình ủ đóng vai trò vi sinh vật khởi động sản xuất nhanh phân hữu
cơ từ nguồn phế thải giàu xenluloza là Aspergillus, Trichoderma và
Penicillium [29]. Quá trình phân huỷ hợp chất hữu cơ tự nhiên bởi quần thể vi
sinh vật (vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh…) dưới tác động của
độ ẩm, nhiệt độ, không khí tạo nên các sản phẩm cuối cùng là chất mùn và
chất dinh dưỡng mà cây trồng có thể hấp thụ được. Quá trình phân huỷ sinh
học các hợp chất hữu cơ xảy ra do những nhóm vi sinh vật dị dưỡng như vi
khuẩn, nấm, xạ khuẩn và động vật nguyên sinh, trong đó vai trò của hệ vi sinh
vật phân giải xenluloza, lignin, protein, lipit … là rất quan trọng. Khi phân
huỷ các chất hữu cơ với sự có mặt của oxy, thì quá trình được gọi là hiếu khí.
Vi sinh vật yếm khí phân huỷ các hợp chất trong điều kiện không có oxy tham
gia nhóm; đầu tiên thường là nhóm vi khuẩn sinh axit và giai đoạn cuối
thường là nhóm vi khuẩn chuyển hoá trực tiếp thành NH3, CH4, CO2, H2 …
Ngoài một số ít gây bệnh cho người và động thực vật, hầu hết vi sinh vật đều
tham gia và đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hoá vật chất và
nhờ có sự tham gia của chúng vào quá trình phân giải các chất mà chuỗi thức
ăn và lưới năng lượng luôn được duy trì ở trạng thái cân bằng. Vi sinh vật
không trực tiếp phân huỷ các hợp chất hữu cơ mà chúng chỉ tham gia chuyển
hóa hợp chất hữu cơ thành những chất đơn giản như đường, axit amin, axit
béo ... nhờ các enzym ngoại bào [21].
Trong các kết quả nghiên cứu về vai trò phân giải hợp chất hữu cơ chứa
cacbon của xạ khuẩn, Gauze và cộng sự đã cho thấy xạ khuẩn góp phần tích
cực trong chuyển hoá hợp chất giàu hydratcacbon khi sử dụng xạ khuẩn kết
hợp với vi khuẩn và vi nấm thời gian xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm,
thân lá cây, phân gia súc, gia cầm) ... thời gian xử lý rút ngắn xuống còn 30
ngày. Các chủng xạ khuẩn này thuộc nhóm ưa nóng sinh trưởng phát triển tốt
ở nhiệt độ 45 ÷ 50 ºC và rất thích hợp cho các quá trình phân huỷ các hợp
chất hữu cơ [29].
6


1.1.2. Tình hình nghiên cứu xử lý phế thải hữu cơ ở Việt Nam
Ở Việt Nam, các loại phân bón hữu cơ ngày càng được quan tâm
nghiên cứu, sản xuất và sử dụng để chăm sóc cây trồng nhằm hướng tới nền
nông nghiệp sạch và bền vững.Trong vài năm gần đây việc sử dụng phân bón
hữu cơ sinh học ngày càng gia tăng. Theo Cục Trồng trọt, đến tháng 10/2010,
Việt Nam đã có trên 350 loại phân hữu cơ khoáng và hữu cơ sinh học, lượng
sản xuất có đăng ký hàng năm đã tới 1 triệu tấn.
Phân hữu cơ sinh học cung cấp được nhiều chất dinh dưỡng cho cây
trồng. Ảnh hưởng của nó đối với cây trồng thường chậm nhưng lại có tính ưu
việt là duy trì được lâu dài. Đặc biệt phân hữu cơ sinh học có tác dụng trong
việc cải tạo đất. Hiện nay, phân hữu cơ sinh học được nghiên cứu sản xuất từ
các nguồn rác thải, phế thải và phụ phẩm của các ngành sản suất nông nghiệp.
Ở một số tỉnh đã xây dựng được các công ty với quy mô khác nhau để sản
xuất các loại sản phẩm này. Tuy nhiên các sản phẩm đó mang tính thị trường
và ít tới tay được các hộ nông dân nghèo đặc biệt các nông hộ ở miền núi.
Một số cơ sở sản xuất phân bón hữu cơ sinh học được tạo ra trên nguyên tắc
phối trộn giữa than bùn với các phế thải của nông nghiệp và phân chuồng,
thêm một tỷ lệ thấp phân hóa học đạm, lân và kali. Quy trình ủ và phối trộn
dựa chủ yếu vào hệ vi sinh vật hoang dại có sẵn trong phân, rác và một phần
do tác dụng các axit mùn (axit humic, fulvic,…) có sẵn trong than bùn. Vì
vậy, thời gian ủ trộn kéo dài, chất lượng không ổn định vì không có sự chọn
lọc các chủng vi sinh vật.
Chất hữu cơ đã được mùn hoá nên có tính keo dính gắn các hạt cát, hạt
sét, tạo độ xốp cho đất, giúp đất có kết cấu tốt, không bị chai cứng và đất lại
thông thoáng. Trường Đại học Cần Thơ đã có nhiều công trình nghiên cứu khoa
học về sử dụng các chế phẩm sinh học, phân sinh học, phân hữu cơ ... để giảm
bớt lượng phân hóa học mà năng suất và chất lượng nông sản vẫn ổn định.
Việc nghiên cứu ứng dụng các loại men tổng hợp sản xuất từ các chủng
vi sinh vật phân giải chất xơ, chất hữu cơ đã tạo ra chế phẩm sinh học
7


Compostmaker và đã được Bộ NN&PTNT công nhận là tiến bộ kỹ thuật và
cho phép áp dụng trong sản xuất. Chế phẩm Compostmaker xử lý nguyên liệu
giàu hợp chất cacbon có bổ sung phân gia súc gia cầm làm cơ chất trồng cây,
sản phẩm tạo ra bảo đảm độ an toàn sinh học. Thành phần của phế thải chăn
nuôi gia súc gồm phần lớn các hợp chất hữu cơ và các sản phẩm sau quá trình
phân huỷ của chúng. Quá trình chuyển hoá của các hợp chất hữu cơ trong phế
thải này ngoài môi trường tự nhiên chủ yếu dựa vào hoạt động sống của vi
sinh vật trong tự nhiên, nên quá trình phân huỷ này thường kéo dài khoảng 4
÷ 6 tháng. Để đẩy nhanh tốc độ phân hủy các phế thải này, hiện đã có rất
nhiều biện pháp xử lý phế thải chăn nuôi như: sử dụng hóa chất, chôn lấp
hoặc ủ đánh đống tự nhiên, xử lý sinh học v.v. Trong đó, xử lý phế thải chăn
nuôi theo phương pháp sinh học (sử dụng vi sinh vật có ích làm tác nhân sinh
học) không những đạt hiệu quả cao, rút ngắn thời gian ủ, hạn chế ô nhiễm môi
trường mà sản phẩm tạo thành sau khi xử lý còn có thể sử dụng như nguồn
phân bón có chất lượng.
Dinh dưỡng trong phân chuồng tươi chủ yếu nằm dưới dạng các hợp
chất hữu cơ cây trồng khó có thể hấp thụ được. Ở nhiều nơi nông dân Việt
Nam đã có kinh nghiệm xử lý phân chuồng trước khi đưa ra bón trực tiếp cho
cây trồng. Để tăng khả năng sử dụng nhanh các chất dinh dưỡng cần thiết phải
được chế biến để chuyển hoá các chất hữu cơ phân tử lớn thành các chất vô cơ
phân tử nhỏ hơn và các chất khoáng dễ tiêu. Hiện tại việc chế biến phân
chuồng chủ yếu là áp dụng biện pháp ủ phân giản đơn, nguyên lý của quá trình
ủ phân chuồng là dưới tác động của các vi sinh vật hiếu khí và yếm khí vốn có
trong phân, các chất hữu cơ phân tử lớn sẽ được chuyển hóa thành các chất hữu
cơ phân tử nhỏ hơn và dần được chuyển thành các dạng muối vô cơ để cây
trồng hấp thu, nhờ vậy các chất khó tiêu sẽ được chuyển thành dễ tiêu [17; 18;
31]. Phân tích một đơn vị khối lượng phế thải chăn nuôi, người ta đã thu được
kết quả thành phần dinh dưỡng trong từng loại tập hợp trong bảng 1.1.
8


Bảng 1.1. Thành phần hoá học của một số loại phân gia súc, gia cầm [3]
Thành phần (%)

Vật nuôi
H2O

N

P2O5

K2O

CaO

MgO

Lợn

82,0

0,80

0,41

0,26

0,01

0,10

Trâu, bò

83,1

0,29

0,17

1,00

0,35

0,13

Ngựa

75,5

0,44

0,35

0,35

0,15

0,12

Cừu

68,0

0,60

0,20

0,20

0,02

0,24



56,0

1,63

0,54

0,85

2,40

0,74

Vịt

56,0

1,00

1,10

0,62

1,70

0,35

Số liệu bảng 1.1 cho thấy trong phế thải chăn nuôi gia súc có chứa một
hàm lượng các chất dinh dưỡng đa lượng và trung lượng tương đối cao [3].
Theo Phạm Văn Toản và Trương Hợp Tác sử dụng phân hữu cơ cho đất và
cây là cách tiết kiệm nhất, hiệu quả nhất để trả lại cho đất chất hữu cơ và các
chất dinh dưỡng mà cây trồng đã lấy đi để sinh trưởng, phát triển như: đạm,
lân, kali và các chất khoáng. Phân hữu cơ không những có tác dụng cung cấp
dinh dưỡng cho cây mà còn có khả năng cải tạo độ màu mỡ cho đất, giữ ẩm
đất và cải tạo môi trường sống tốt cho hệ vi sinh vật đất, chống xói mòn, thoái
hoá, bạc màu ngoài ra còn tăng hiệu lực của phân bón vô cơ lên 8 ÷ 10 %
[17]. Ngoài ra trong phân gia súc, gia cầm còn chứa các yếu tố vi lượng với
lượng như sau: Bo 50 ÷ 200 g/10 tấn, Cu 50 ÷ 150 g/10 tấn, Mn 500 ÷ 1.000
g/10 tấn,Co 2 ÷ 10 g/10 tấn, Mo 5 ÷ 25 g/10 tấn [3].
Các kết quả nghiên cứu về xử lý phế thải chăn nuôi đã được đề cập
nhiều trong các hội thảo quốc gia và khu vực, trong đó chủ yếu là các kết quả
đánh giá về hiện trạng ô nhiễm từ phế thải chăn nuôi. Nghiên cứu thử nghiệm
và tiếp thu công nghệ vi sinh vật hữu hiệu (Effective Microorganisms - EM)
trong nông nghiệp và vệ sinh môi trường đã xác định hỗn hợp các vi sinh vật

9


hữu hiệu có tác dụng tích cực trong việc giảm thiểu ô nhiễm không khí của
các bãi rác, rác thải sinh hoạt và ô nhiễm nước do các chất thải hữu cơ gây
nên, đồng thời cũng xác định hỗn hợp các vi sinh vật hữu hiệu có tác dụng ức
chế một số vi sinh vật gây bệnh đường ruột ở động vật. Sử dụng EM hoặc sản
phẩm thứ cấp Bokashi có thể giảm thiểu mùi hôi của các chuồng trại chăn
nuôi. Công trình nghiên cứu không đề cập đến việc xử lý phế thải chăn nuôi
bằng EM, chưa xác định được chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm và định tên các
vi sinh vật có trong sản phẩm [3].
Ứng dụng chế phẩm vi sinh vật phân giải chất hữu cơ đã được áp dụng
trong nước thải như Biomix, phế thải như Vixura, và cả trong nuôi trồng thủy
sản. Các kết quả ứng dụng trên cho thấy xử lý phế thải bằng chế phẩm vi sinh
dùng bộ chủng Streptomyces và Bacillus đã rút ngắn thời gian xử lý từ 1 ÷ 2
tháng còn 25 ngày [2].
Mục tiêu nghiên cứu các chế phẩm vi sinh không những để xử lý hiệu
quả phế thải chăn nuôi mà còn rút ngắn thời gian xử lý. Ứng dụng tổ hợp vi
sinh vật có chứa các chủng vi sinh vật có khả năng thích nghi, sinh trưởng tốt
có hoạt tính chuyển hóa hợp chất hữu cơ giàu cacbon, photphat khó tan,
protein, lipit ... đã tạo ra chế phẩm vi sinh vật xử lý nhanh phế thải chăn nuôi
có hoạt tính sinh học cao và ổn định, thân thiện với môi trường.
Kết quả nghiên cứu ứng dụng chế phẩm Bio-F có Streptomyces sp.,
Trichoderma sp. và Bacillus sp. tác dụng phân huỷ nhanh các hợp chất hữu
cơ, làm mất mùi hôi trong phân lợn, gà và bò. Sau 3 ngày các vi sinh vật hữu
ích phát triển mạnh phân giải và làm mất mùi hôi, nhiệt độ trong khối ủ cũng
tăng 60 ÷ 70 ºC, tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh và trứng giun trong phân.
Sau 7 ÷ 10 ngày, tiếp tục ủ chín giai đoạn kết thúc và sản phẩm thu được là
phân bón hữu cơ chất lượng cao, có tác dụng phòng chống nấm gây hại cây
trồng [7].
Kết quả nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ phù hợp nhằm giảm
thiểu ô nhiễm môi trường, cho thấy thử nghiệm xử lý phân lợn ở vùng chăn
10


nuôi trang trại tập trung với các chế sinh học (EM thứ cấp, EM Bokaski và
Compost Maker) cho phép rút ngắn trung bình khoảng 1/3 thời gian, so với ủ
phân bằng phương pháp truyền thống, giảm nồng độ NH3, H2S gây mùi hôi
thối và giảm các mầm bệnh vi sinh vật, ký sinh trùng. Sử dụng chế phẩm đơn
giản, dễ làm, phù hợp với các trang trại quy mô tập trung, phân lợn sau khi xử
lý đáp ứng được các yêu cầu của phân hữu cơ vi sinh cho cây trồng.
1.2. THÀNH PHẦN PH THẢI HỮU CƠ VÀ VI SINH VẬT PHÂN GIẢI
1.2.1. Các hydratcacbon trong phế thải
Trong phế thải các hydratcacbon chiếm tỷ trọng lớn bởi nó là thành
phần chính trong sinh khối thực vật. Rác thải hữu cơ thường chứa nhiều thành
phần khác nhau với các tỷ lệ khác nhau tùy mỗi loại thực vật.
Trong tự nhiên, lignoxenluloza là một hợp chất hữu cơ trong thành
phần cấu trúc chính của thực vật và các loài thân gỗ khác như cỏ, lúa ngô,
khoai sắn … Nó là một đại phân tử, bao gồm ba thành phần là xenluloza,
hemixenluloza và lignin liên kết chặt chẽ với nhau bằng các liên kết cộng hóa
trị và các liên kết không cộng hóa trị, các liên kết chặt chẽ này tạo nên cấu
trúc vững chắc, rất khó phân hủy. Lignoxenluloza chiếm tỉ trọng lớn có thể
nên đến 90 % trọng lượng khô của thực vật. Thành phần tỉ lệ của
lignoxenluloza là khác nhau giữa các loài, thậm chí ngay cả trong một loài tỉ
lệ này cũng thay đổi theo điều kiện sinh trưởng trong ngoại cảnh, độ tuổi.
Ngoài ra còn có một số hợp chất như tinh bột, pectin … cũng có mặt
tuy chỉ với lượng nhỏ nhưng chúng có vai trò quan trong trong cấu tạo thực
vật, ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật phân giải.
1.2.1.1. Xenluloza trong phế thải
Xenluloza là một trong những thành phần chủ yếu của các tổ chức thực
vật. Chiếm tới 50 % tổng số hydratcacbon trên trái đất. Xenluloza trong gỗ
chiếm 40 ÷ 50 %, đặc biệt trong bông có thể chiếm đến 90 %. Hàm lượng
xenluloza trong sinh khối thực vật thay đổi tùy loài, cũng là một trong những
11


sinh khối hữu cơ phong phú đa dạng. Xenluloza tồn tại trong mối liên kết chặt
chẽ với các polysaccarit khác như hemixenluloza, pectin, lignin tạo thành liên
kết bền vững.
Xenluloza là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết các mắt
xích

β-D-Glucose,

có công

thức

cấu

tạo là

(C6H10O5)n hay

[C6H7O2(OH)3]n trong đó n có thể nằm trong khoảng 5000 ÷ 14000.
Xenluloza là thành phần chính tạo nên lớp màng tế bào thực vật, giúp cho các
mô thực vật có độ bền cơ học và tính đàn hồi. Trong gỗ lá kim, xenluloza
chiếm khoảng 41 ÷ 49 %, trong gỗ lá rộng nó chiếm 43 ÷ 52 % thể tích [17].
Tính chất vật lý của xenluloza: là chất màu trắng, không mùi, không vị.
Xenluloza không tan trong nước ngay cả khi đun nóng và các dung môi hữu
cơ thông thường. Tan trong một số dung dịch acid vô cơ mạnh như: HCl,
HNO3, ... một số dung dịch muối: ZnCl2, PbCl2, … Xenluloza có nhiều trong
bông (95 ÷ 98 %), đay, gai, tre, nứa, gỗ, ... (Xenluloza chiếm khoảng 40 ÷ 45
% trong gỗ).
Các mạch xenluloza được liên kết với nhau nhờ liên kết hydro và liên
kết van Der Waals, hình thành hai vùng cấu trúc chính là tinh thể và vô định
hình. Trong vùng tinh thể, các phân tử xenluloza liên kết chặt chẽ với nhau,
vùng này khó bị tấn công bởi enzym cũng như hóa chất. Ngược lại, trong
vùng vô định hình, xenluloza liên kết không chặt với nhau nên dễ bị tấn công.
1.2.1.2. Hemixenluloza trong phế thải
Trong tế bào thực vật, hemixenluloza đứng thứ hai về khối lượng.
Trong thành phần của hemixenluloza có nhiều loại đường khác nhau. Chính
vì vậy, tên của chúng thường được gọi theo tên của một loại đường chủ yếu
nào đó có trong thành phần của chúng như mannan, galactan, pentozan …
Khối lượng phân tử của hemixenluloza nhỏ hơn xenluloza rất nhiều, chúng
chỉ khoảng 150 gốc đường đơn. Các gốc đường này được nối với nhau bằng
các liên kết -1,4; -1,3; -1,6-glucozit. Bao gồm hai loại đường là hexoza và
12


pentoza. Các hemixenluloza thường tạo mạch ngắn và phân nhánh, so với
xenluloza thì hemixenluloza có cấu trúc không chặt chẽ, dễ bị phân giải bởi
kiềm yếu và axit yếu, đôi khi còn bị phân giải trong nước nóng. Trong số các
loại hemixenluloza thì xylan có nhiều trong thiên nhiên. Trong rơm rạ xylan
chiếm khoảng 15 ÷ 20 %, trong bã mía chiếm 30 %, trong gỗ thông chiếm 7 ÷
12 %, trong các loại lá rộng chiếm 20 ÷ 25 % khối lượng khô.
Hemixenluloza là một polyme rất phức tạp và phân nhánh, độ trùng
hợp khoảng 70 ÷ 200 đơn phân. Hemixenluloza chứa cả đường 6 cacbon gồm
glucoza, mannoza và galactoza và đường 5 gồm xyloza và abarinoza. Thành
phần cơ bản của hemixenluloza là β – D xylopyranoza, liên kết với nhau bằng
liên kết β -(1-4). Cấu tạo của hemixenluloza khá phức tạp và đa dạng tùy vào
nguyên liệu, tuy nhiên có một vài điểm chung gồm: Mạch chính của
hemixenluloza được cấu tạo từ liên kết β -(1-4). Xyloza là thành phần quan
trọng nhất. Nhóm thế phổ biến nhất là nhóm acetyl O – liên kết với vị trí 2
hoặc 3. Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thông thường là
disaccharit hoặc trisaccharit. Sự liên kết của hemixenluloza với các
polysaccharit khác và với lignin là nhờ các mạch nhánh này. Cũng vì
hemixenluloza có mạch nhánh nên tồn tại ở dạng vô định hình và vì thế dễ bị
thủy phân. Hemixenluloza là polysaccharit trong màng tế bào tan trong dung
dịch kiềm và có liên kết chặt chẽ với xenluloza, là một trong ba sinh khối tự
nhiên chính. Cùng với xenluloza và lignin, hemixenluloza tạo nên thành tế
bào vững chắc ở thực vật. Về cấu trúc, hemixenluloza có thành phần chính là
D-glucoza, D-galactoza, D-mannoza, D-xyloza và L-arabinoza liên kết
với các thành phần khác và nằm trong liên kết glycosit. Hemixenluloza còn
chứa cả axit 4-O-methylglucuronic, axit D-galacturonic và axit glucuronic.
1.2.1.3. Lignin trong phế thải
Lignin là một phức hợp chất hóa học phổ biến được tìm thấy trong hệ
mạch thực vật, chủ yếu là giữa các tế bào, trong thành tế bào thực vật. Là một
trong các polyme hữu cơ phổ biến nhất trên trái đất. Lignin có cấu trúc không
13


gian 3 chiều, phức tạp, vô định hình, chiếm 17 ÷ 33 % thành phần của gỗ.
Lignin không phải là carbohydrat nhưng có liên kết chặt chẽ với nhóm này để
tạo nên màng tế bào giúp thực vật cứng chắc và giòn, có chức năng vận
chuyển nước trong cơ thể thực vật (một phần là để làm bền thành tế bào và
giữ cho cây không bị đổ, một phần là điều chỉnh dòng chảy của nước), giúp
cây phát triển và chống lại sự tấn công của côn trùng và mầm bệnh. Trong tự
nhiên, lignin chủ yếu đóng vai trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật,
liên kết chặt chẽ với mạng xenluloza và hemixenluloza. Rất khó để có thể
tách lignin ra hoàn toàn [22].
Lignin là polyme, được cấu thành từ các đơn vị phenylpropen, vài đơn
vị cấu trúc điển hình là: guaiacyl (G), trans-coniferyl alcohol; syringyl (S),
trans-sinapyl alcohol; p-hydroxylphenyl (H), trans-p-courmary alcohol [30].
Cấu trúc của lignin đa dạng, tùy thuộc vào loại gỗ, tuổi của cây hoặc cấu trúc
của nó trong gỗ. Ngoài việc được phân loại theo lignin của gỗ cứng, gỗ mềm
và cỏ, lignin có thể được phân thành hai loại chính: guaicyl lignin và guaicylsyringyl lignin [8].
1.2.1.4. Tinh bột trong phế thải
Tinh bột là một cacbonhyđrat cao phân tử bao gồm các đơn vị D-glucoza
nối với nhau bởi liên kết α-glucozit. Công thức phân tử gần đúng là
(C6H10O5)n trong đó n có giá trị từ vài trăm đến khoảng mười nghìn. Tinh bột
có dạng hạt màu trắng tạo bởi hai loại polime là amiloza và amilopectin.
Amiloza là polime mạch thẳng gồm các đơn vị D- glucoza liên kết với nhau
bởi liên kết α-1,4-glucozit. Amilopectin là polime mạch nhánh, ngoài chuỗi
glucoza thông thường còn có những chuỗi nhánh liên kết với chuỗi chính
bằng liên kết α-1,6-glucozit.
Trong tự nhiên, tinh bột là thành phần chủ yếu của các loại ngũ cốc, củ
và quả. Hàm lượng tinh bột có trong hạt và củ là 40  70 %, trong các phần
khác của cây là 4  25 %. Chúng đóng vai trò là nguồn dự trữ năng lượng cho
14


quá trình nảy mầm của hạt và là nguồn lương thực chủ yếu của con người.
Enzym thủy phân tinh bột phân hủy chủ yếu liên kết α-glucozit. Nhóm enzym
này gồm: α-amylaza, β-amylaza, glucoamylaza và dextrinaza.
1.2.1.5. Pectin trong phế thải
Pectin là một polysaccarit tồn tại phổ biến trong thực vật, là thành phần
tham gia xây dựng cấu trúc tế bào thực vật. Ở thực vật pectin tồn tại chủ yếu
ở 2 dạng là pectin hòa tan và protopectin không hòa tan. Dưới tác dụng của
axit, protopectinaza hoặc khi gia nhiệt thì protopectin chuyển thành pectin.
Pectin là hợp chất cao phân tử polygalactoronic có đơn phân tử là
galactoronic và rượu metylic. Trọng lượng phân tử từ 20.000  200.000 đvC.
Hàm lượng pectin 1 % trong dung dịch có độ nhớt cao, nếu bổ sung 60 %
đường và điều chỉnh pH môi trường từ 3,1 ÷ 3,4 sản phẩm sẽ tạo đông.
1.2.2. Protein trong phế thải
Protein là hợp chất cao phân tử chứa nitơ (15 ÷ 17 %) tính theo trọng
lượng khô). Protein là thành phần quan trọng của cơ thể động, thực vật. Sự
phân giải protein trải qua các quá trình thuỷ phân protein thành các polypeptit,
sau đó là các axit amin, tiếp theo là các quá trình amon hoá, nitrat hoá và phản
nitrat hoá. Quá trình amon hoá là quá trình chuyển hoá các hợp chất nitơ hữu
cơ thành nitơ dạng khoáng. Quá trình nitrat hoá là quá trình chuyển hoá các
chất amoniac ban đầu thành axit nitơ sau đó thành axit nitric. Quá trình khử
nitrat thành nitơ gọi là phản nitrat hoá.
1.2.3. Lipit trong phế thải
Lipit (este phức tạp của glyxerin và axit béo) có nhiều trong cơ thể sinh
vật, chúng thường là chất dự trữ hoặc bảo vệ. So với các chất khác thì lipit
thủy phân chậm hơn. Nhiều vi sinh vật có khả năng phân giải lipit vì chúng
tổng hợp được lipaza.

15


1.3. VAI TRÕ CỦA VI SINH VẬT TRONG Ử L PH THẢI HỮU CƠ
Vi sinh vật là các sinh vật có kích thước rất nhỏ bé, chúng có mặt ở hầu
khắp mọi nơi trong đất, trong nước, không khí, thậm chí chúng sống cả trong
cơ thể người và động, thực vật. Trong rác thải có mặt hầu hết các loại vi sinh
vật, cả các vi sinh vật gây bệnh, quá trình xử lý phế thải, chúng sử dụng các
chất hữu cơ có trong rác làm nguồn cơ chất. Mặt khác, chúng phân huỷ các
chất hữu cơ này thành các chất mùn và các sản phẩm phụ khác, chúng sinh
trưởng làm tăng sinh khối, bổ sung protein cho sản phẩm quá trình xử lý rác
thải. Các vi sinh vật này là các thể dị dưỡng hoại sinh, chúng sử dụng các chất
hữu cơ làm cơ chất dinh dưỡng. Trong quá trình sống, các vi sinh vật này sinh
ra enzym thuỷ phân để phân cắt các hợp chất hữu cơ vốn là các chất cao phân
tử thành các hợp chất đơn giản hoặc các đơn vị cấu thành hợp chất cao phân
tử. Các chất này thấm vào tế bào, tham gia vào quá trình đồng hoá trao đổi
chất để tạo ra năng lượng cho hoạt động sống và xây dựng tế bào mới. Ngoài
các thể dị dưỡng hoại sinh, người ta còn thấy ở trong rác các nhóm vi khuẩn
tự dưỡng cố định amon, nitrat hóa và phản nitrat hoá, nhóm vi khuẩn khử
sunphat, chuyển hoá lưu huỳnh.
Một điều đáng lưu ý là trong quá trình ủ phế thải, nhiệt độ đống ủ tăng
cao, có khi lên đến 60 ÷ 70 oC, làm cho đa số các vi sinh vật gây bệnh có trong
phế thải chết vì phần lớn chúng không chịu được nhiệt độ cao. Các loài nấm
thường không chịu được nhiệt độ cao nên chỉ phát triển mạnh trong thời gian
đầu sau đó chết đi. Một số chủng vi khuẩn, xạ khuẩn ưa nhiệt và chịu nhiệt có
khả năng sinh trưởng trong điều kiện nhiệt độ cao có thể tồn tại trong suốt quá
trình ủ.
1.3.1. Vi sinh vật phân giải xenluloza
Trong tự nhiên một nửa hợp chất cacbon trong sinh khối (biomass) trên
mặt đất là xenluloza, chiếm khoảng 35 ÷ 50 % khối lượng khô sinh khối thực
vật. Tất cả các sản phẩm sinh khối sẽ được khoáng hóa nhờ hệ thống enzym
16


phân giải xenluloza được cung cấp bởi vi sinh vật. Hệ thống enzym phân giải
xenluloza này thường chậm và không hoàn toàn. Tuy nhiên trong khoảng thời
gian ngắn (48 giờ) hệ vi sinh vật trong dạ cỏ bò có thể phân giải 60 ÷ 65 %
xenluloza, trong đường ruột của loài mối có thể tiêu hóa đến 90 % xenluloza
của gỗ. Còn trong hệ thống sinh học phức tạp như rễ cây hoặc những mảnh vỡ
thực vật trong đất, xenluloza có thể được phân hủy trong thời gian lâu hơn.
Nhiều nghiên cứu cho rằng xenlulaza là một hệ enzym phức tạp được
sinh ra bởi nhiều vi sinh vật, phổ biến là nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn. Mặc dù
những loài nấm sợi thì phân hủy rất tốt các xenluloza tự nhiên thế nhưng vi
khuẩn lại có tốc độ sinh trưởng cao hơn so với nấm nên có tiềm năng lớn để
được dùng trong việc sản xuất xenluloza. Xạ khuẩn không những có khả năng
phân giảixenluloza mà còn có khả năng sinh kháng sinh ứng dụng rất cao
trong sản xuất xenluloza.
Trong điều kiện tự nhiên thoáng khí xenluloza có thể bị phân giải dưới
tác dụng của nhiều vi sinh vật hiếu khí. Các loài vi khuẩn như:
Achromobacter,
Cytophaga,

Pseudomonas,

Angiococcus,

Cellulomona,

Polyangium,

Cellvibrio,

Sporocytophaga,

Bacillus,
Sorangium,

Archangium, Promyxobacterium; xạ khuẩn như Micromonospora, Proactinomyces, Actinomyces, Streptomyces, Streptosporangium [9] … Nhưng trong
thực tế, người ta thấy Bacillus, Fravobacterium và Pseudomonas là các loài
phân lập được có tần suất cao nhất.
Ngoài các vi khuẩn hiếu khí còn có một số vi khuẩn kị khí có khả năng
tham gia vào quá trình phân giải xenluloza. Người ta gọi quá trình phân giải
xenluloza kị khí là quá trình lên men xenluloza. Điển hình là vi khuẩn ưa ẩm
hoặc ưa nóng trong khu hệ vi sinh vật trong dạ cỏ động vật nhai lại:
Ruminococcus flavefeciens, R. albus, R. parvum, Bacteroides succinpgenes,
Butyrivibrio

fibrisolvens,

Clostridium

cellulosolvens,….

17

cellobioparum,

Cillobacterium


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×