Sử dụng chế phẩm enzyme phân giải cellulose từ một số nguồn phế thải trong công, nông nghiệp để nâng cao năng suất trồng nấm và chế biến phân vi sinh từ bã thải

DANH MỤC BẢNG BIỂUBảng 1 Thống kê diện tích và sản lượng lúa năm 2009 Bảng 2 Lượng phế phụ phẩm phát sinh để được 1 tấn nông sản Bảng 3 Hàm lượng Cellulose trong một số nguyên liệu tự nh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

_

BAO CÀO TONG KẼT

NHIỆM y ụ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ PHỤC v ụ QUẢN LÝ NHÀ NƯỚC VÈ BẢO VỆ M ồ i TRƯỜNG

SỬ DỤNG CHÉ PHẨM ENZYME PHÂN GIẢI CELLULỌSE TỪ MỘT SỚ NGUỒN PHÉ THẢI

TRONG CÔNG, NÔNG NGHIỆP ĐÉ NÂNG CAO

NĂNG SUẤT TRỒNG NÁM VÀ CHÉ BIỂN

PHÂN VI SINH TỪ BÃ THẢI

M ã số: QM T-09-01 Chủ trì: ThS Trần Thị Phương

Cán bộ tham gia chính: PGS TS Nguyễn Thị Loan, Khoa M ôi trư ờ n g , ĐHKHTN, ĐHQ

PGS TS Trần Yêm, Khoa M ôi trư ờ n g , ĐHKHTN, ĐHQGHN ThS.Phạm Thị M ai Khoa M ôi trư ờ n g , ĐHKHTN, ĐHQ GH N TS.Phạm Hương Sơn, Trung tâm ứng dụng Cong nghệ Sinh học ThS Trịnh Thị Phương Thảo, Trung tâm Năng suất Việt Nam

CN Nguyễn Thị Sơn, TT C N Sinh học thực vật - Viện di truyền

CN Ngô Anh Tuấn, Viện công nghệ thự cphâm

Đô Văn L ý , chủ cơ sở sản xuâí

Hà Nội, 2011

- ~M n O 3 U C C ^ I A HA RUỈVKs Af\/| - 'O N G ĨHL </ịEf 1 I0006000009Ị

M Ụ C L Ụ C * •

Mục lục

1.1 Tình hình hoạt động sản suất nông nghiệp trong nước 3

1.3 Phế phụ phẩm sau thu hoạch và ảnh hưởng của nó đến môi trường 5 1.3.1 Hiện trạng sử dụng phế phẩm rơm rạ ở Việt Nam 5 1.3.2 Các phương pháp xử lý phế thải nông nghiệp 6

1.6.3 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme 18

1.7.4 ứ n g dụng trong sản xuất cồn công nghiệp 21

1.8 Tình hình sản xuất nấm ăn trên thế giới và Việt Nam 22

1.10.1 Các công nghệ nuôi trồng nấm rơm trước đây 28

1.11.4 Hiện trạng sản xuất phân bón sinh học và công nghệ sản xuất phân vi sinh 33

Chương II: Nguyên liệu và phương pháp 35

2.2.1 Môi trường giữ giống nấm cấp 1 có thành phân (g/1) 37 2.2.2 Môi trường phân lập và giữ giống vi sinh vật trên cơ chất rơm rạ và bông phê thải 37 2.2.2.1 Môi trường phân lập và giữ giống vi khuẩn chúng tôi sử dụng môi trường chuân có 38

thành phần (g)

2 2 2 2 Môi trường phân lập và giữ giống xạ khuẩn 38

2.2.3 Cách phân lập mẫu trên ca chất rơm và bông phế thải 39

2.2.6 Đánh giá khả năng phân giải cellulose bằng phương pháp đục lỗ thạch 40

2.2.7.1 Phương pháp tách cellulose trong rơm rạ 41 2.2.7.2 Xác định DE theo phương pháp axit Dinitrosalicylic (DNS) 41 2.2.8 ứ n g dụng enzyme vào xử lý cơ chất trồng nấm 44 2.2.9 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu hóa lý của bã thải sau trồng nấm trong phòng thí 45

nghiệm

2.2.9.1 Phân tích các chỉ tiêu hóa lý của bã thải sau trồng nấm: Nts, Pts, K, Cts 45 2.2.9.2 Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật hữu ích có hoạt lực cao 45

3.1 Xử lý rơm rạ và bông phế thải bằng phương pháp lên men tự nhiên 46

3.3 Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao từ rơm rạ 50 3.4 Lựa chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao để bổ sung vào đống ủ mới trên cơ chất 53

là rơm rạ

3.5 Theo dõi về sự thay đổi về nhiệt độ của các đống ủ trên cơ chất rơm rạ 53 3.6 Khả năng phân hủy rơm rạ của các nhóm vi sinh vật trên cơ chất rơm rạ 54 3.7 Quy trình nuôi trồng nấm sò trên cơ chất rơm rạ 54 3.8 Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao trên bông phế thải 55 3.9 Lựa chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao để bổ sung vào đống ủ mới trên bông phế 60

thải

3.10 Theo dõi về sự thay đổi nhiệt độ các đống ủ trên bông phế thải 60 3.11 Khả năng phân hủy rơm rạ của các nhóm vi sinh vật trên bông phế thải 61 3.12 Quy trình trồng nấm sò trên bông phế thải 61 3.13 Sử dụng rơm rạ và bông phế thải đã xử lý để nuôi trồng nấm ăn, khả năng hình thành 62

quả thể của pleauotus osteratus

3.14.2 Nhiệt độ thích hơpk cho quá trình phân giải cơ chất 63 3.14.3 Ảnh hưởng cùa pH đến sự phân giải cơ chất 64

3.14.4 Xác định nồng độ enzyme và thời gian phân giải cơ chất thích hợp 65

3.16 Xây dựng quy trình nuôi trồng nấm ăn trên cơ chất là rơm sử dụng enzyme Htec và 67

Htec2 để đưa vào nuôi trồng nấm sò và nấm rom

3.16.1 Sử dụng enzyme Htec và enzyme Htec2 để trồng nấm sò 70 3.16.2 Sử dụng enzyme Htec và enzyme Htec2 để trồng nấm rơm 71 3.17 Lựa chọn mô hình tối ưu, theo dõi mức độ tăng sản lượng của nấm trồng 72 Đánh giá hiệu quả kinh tế cùa từng mô hình lựa chọn

3.17.1 Hiệu quả kinh tế sử dụng enzyme Htec2 để trồng nấm rơm 72 3.17.2 Hiệu quả kinh tế trồng nấm rơm bàng phương pháp lên men tự nhiên 73 3.17.3 Hiệu quả kinh tế sử dụng enzyme Htec để trồng nấm sò 73 3.17.4 Hiệu quả kinh tế sử dụng enzyme Htec2 để trồng nấm sò 74 3.17.5 Hiệu quả kinh tế trồng nấm sò bàng phương pháp lên men tự nhiên 75 3.76.6 So sánh lợi ích kinh tế giữa các mô hình trồng nấm sò và nấm rơm 75 3.18 Phân lập và tuyển chọn các chủng giống nấm và nuôi cấy giống cấp 1,2,3 của nấm rơm 76

và nấm sò

3.19 Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất các loại giống nấm 80

3.25 Các thông số kỹ thuật của phân vi sinh từ bã thải sau trồng nấm 87 3.26 Tính toán chi phí khi sản xuất lkg phân vi sinh 88

Phụ lục

Tài liệu tham khảo

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Thống kê diện tích và sản lượng lúa năm 2009

Bảng 2 Lượng phế phụ phẩm phát sinh để được 1 tấn nông sản

Bảng 3 Hàm lượng Cellulose trong một số nguyên liệu tự nhiên

Bảng 4 Hiệu lực của phân Nitragin đến năng suất lạc

Bảng 5 Hiệu quả của vi sinh vật phân giải lân với một số loại cây khác

Bảng 6 Độ hấp thụ quang của dung dịch glucose bởi các nồng độ khác nhau

Bảng 7 Xây dựng quy trình lên men tự nhiên

Bảng 8 Kích thước vòng phân giải của các chủng vi sinh vật

Bảng 9 Các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao trên rơm rạ

Bảng 10 Sự thay đổi nhiệt độ các đống ủ trên rơm rạ 53,Bảng 11 Sự thay đổi chiều cao của các đống ủ trên rơm rạ

Bảng 12 Kích thước vòng phân giải các chủng sinh vật trên bông phế thải

Bảng 13 Kích thước các chủng vi khuẩn có hoạt tính cao trên bong phế thải

Bảng 14 Sự thay đổi nhiệt độ của các đống ủ trên bông phế thải

Bảng 15 Sự thay đổi chiều cao của các đống ủ trên bông phế thải

Bảng 16 Năng suất nấm rơm và nấm sò trên rơm rạ và bông phế thải

Bảng 17 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình phân giải cơ chất

Bảng 18 Ảnh hưởng của pH đến quá trình phân giải cơ chất

Bảng 19 Xác định tỉ lệ enzymes và thời gian phân giải cơ chất 6 6,Bảng 20 Ảnh hưởng của nồng độ enzymestrong cơ chất đến năng suất nấm sòBảng 21 Anh hưởng của nồng độ enzymestrong cơ chất đến năng suất nấm rơmBảng 22 Hiệu quả kinh tế của nồng độ enzymes HTec đến năng suất của nấm rơm

Bảng 23 Ảnh hưởng của nồng độ enzymes HTec2đến năng suất của nấm rơm

Bảng 24 Anh hưởng của nồng độ enzymes HTec đến năng suất của nấm sò

Bảng 25 Anh hưởng của nồng độ enzymes HTec2 đến năng suất của nấm sò

Bảng 26 Lợi ích kinh tế giữa các mô hình trồng nấm sò 75,Bảng 27 Lợi ích kinh tế giữa các mô hình trồng nấm rơm

Bảng 28 Tính chất bã thải sau trồng nấm

Bảng 29 Thành phân và số lượng vi sinh vật có trong bã thải sau trồng nấm

Bảng 30 Số lượng vi khuẩn có ở trong phân vi sinh ở các nồng độ khác nhauBảng 31 Số lượng nấm mốc trong phân vi sinh

Bảng 32 Số lượng xạ khuẩn có trong phân vi sinh

Bảng 33 Các thông số kĩ thuật của phân vi sinh từ bã thải sau trồng nấm

DANH MỤC HÌNH

H ình 2 C ác sản phẩm lên m en từ C ellu lo se 11

H ình 3 C ơ ch ế thủy phân C e llu lo se theo K ing (1 9 6 9 ) và R eese (1 9 5 2 ) 12

H ình 4 Đ ư ờng m inh họa ảnh hưởng của nhiệt độ đến vận tốc phản ứng en zy m e 19

H ình 5 Đ ư ờng m inh họa ảnh hưởng của pH đến vận tốc phản ứng en zy m e 19

H ình 6 ứ n g dụng c e llu lo se trong sản xuất của nước táo ép 20

H ình 7 ứ n g dụng của c e llu lo se trong tạo vết m ài trên quần bò 21

H ĩnh 8 Q uy trình nu ôi trồng nấm sò trước đây 27

H ình 9 Q uy trình nu ôi trồng nấm rơm trước đây 29

H ình 10 M ặt cắt đứng của đống ủ lên m en tự nhiên 48

H ình 11 Q uy trình trồng nấm sò bằng phương pháp lên m en tự nhiên trên rơm rạ 49

và bông phế thải

H ình 14 Q uy trình nấm sò đ ối chứ ng trên b ôn g phế thải 62

H ình 15 Q uy trình trồng nấm sò thử ngh iệm trên bông phế thải 62

H ình 16 Q uy trình cô n g nghệ dùng en zy m e H tec2 xử lý rơm rạ trồng nấm sò và 68

Ảnh 1 Hình ảnh về bông của nước ta 4

Ảnh 2 Một số hình ảnh vi sinh vật phân lập trên rom rạ 51

Ảnh 3 Vòng phân giải của một số chủng sinh vật có hoạt tính cao trên 52

rơm rạ

Anh 4 Một số hình ảnh vi sinh vật phân lập trên bông phế thải 57

Anh 6 Vòng phân giải của các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao 59

trên bông phế thải

DANH MỤC ẢNH

MỞ ĐẦU

Vấn đề giải quyết phế thải sau thu hoạch nói chung và rơm rạ nói riêng theo hướng hữu ích về mặt kinh tế và bảo vệ môi trường là một hướng nghiên cứu cần được quan tâm Hiện nay, khoa học công nghệ thế giới đã và đang có những bước tiến vượt bậc, nhất là công nghệ sinh học Enzyme là một trong những đối tượng được nghiên cứu và áp dụng nhiều nhất Cho đến nay, việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đa dạng và đang phát triển mạnh mẽ trên quy

mô công nghiệp Thực tế đã có hàng ngàn chế phẩm được bán trên thị trường thế giới, các chế phẩm này đã được khai thác và tinh ché có độ tinh khiết theo tiêu chuẩn công nghiệp Chế phẩm enzyme k h ô n g chỉ được ứng d ụ n g tr o n g y học mà còn được ứng dụng trog nhiều lĩnh vực khác nhau như trong công nghiệp, nông nghiệp, hóa học, công nghiệp dược phẩm, chế biến dược phẩm và

xử lý môi trường Với các đặc tính ưu việt là làm tăng hiệu suất và rút ngắn được thời gian của quá trình chế biến, xử lý, nâng cao chất lượng, giảm giá thành sản phẩm Trong thời điểm hiện tại, các loại phế thải công, nông nghiệp cũng đang được các nhà khoa học trong nước quan tâm theo khía cạnh an toàn

và thân thiện với môi trường

Việt Nam là quốc gia có trên 70% dân số sống bằng nghề nông Ngày nay, với giống lúa mới và quy trình sản xuất tiến bộ, chúng ta đã thu hoạch hàng năm tới 2-3 vụ lúa, số rơm rạ thu được lên đến hàng chục triệu tấn Trong những năm gần đây, đời sống người dân được nâng cao, ở các thôn quê người dân đã

sử dụng các nguồn nhiên liệu khác tiện lợi hơn thay thế trong đun nấu như than, gas, điện vì vậy sau khi gặt lúa nông dân đã tuốt lúa ngay tại đồng ruộng, số rơm rạ này thường bị đốt thành tro, việc làm này gây bất lợi cho đồng ruộng lớn hơn nhiều lần so với việc làm phân bón như ta tưởng Các chất hữu cơ trong rơm rạ và trong đất do nhiệt độ cao đã biến thành các chất vô cơ làm cho đồng ruộng bị khô, chai cứng do một lượng nước khá lớn bị bốc hơi do nhiệt độ hun đốt trong quá trình cháy rơm rạ Đồng thòi, quá trình đốt rơm rạ ngoài trời không kiểm soát được lượng C 0 2 phát thải vào khí quyển cùng với c o , CH4, các NOx và một ít S02

Vào những ngày cao điểm mùa gặt thậm chí một số địa phương còn vứt rơm rạ ra đường quốc lộ gây ách tắc giao thông, số rơm rạ còn lại bị vứt bỏ trên đường ngõ, xóm rất lãng phí đồng thời gây ô nhiễm môi trường sinh thái mà còn làm mất đi cảnh quan văn hóa đô thị, nông thôn Song, phế thải nông nghiệp

thực sự là một nguồn tài nguyên có giá trị kinh tế vô cùng lớn Trong khi đó chính nguồn nguyên liệu này lại rất cần thiết cho nghề trồng nấm với tổng lượng khoảng 20-30 triệu tấn mồi năm Chỉ cần sử dựng 10% số nguyên liệu này để trồng nấm thì sản lượng nấm đã đạt vài trăm ngàn tấn/năm.

Lượng xuất khẩu đạt 40.000 tấn trị giá 40 triệu ƯSD/năm số còn lại60.000 ngàn tấn tiêu thụ nội địa Như vậy, doanh thu về nấm/năm đạt 100 triệu USD tương đương với trên 1,7 ngàn tỉ đồng Việt Nam Điều này chứng tỏ nghề trồng nấm đang mang lại hiệu quả kinh tế cao, vì vậy mà hầu hết các tỉnh trong

cả nước đều có nghề trồng nấm Chỉ trong vòng 15 năm trở lại đây với sự chuyển giao công nghệ và áp dụng khoa học kỹ thuật nên nghề trồng nấm ngày càng phát triển mạnh mẽ Nghề trồng nấm đối với một số hộ gia đình giờ đây không đon thuần chỉ là nghề phụ mà đã trở thành nguồn thu nhập chính Quy

mô sản xuất nấm rải rác khắp 40 tỉnh, thành trong cả nước nhưng tập trung lớn ở hai khu vực: Đồng bằng sông Cửu Long và Đồng bằng sông Hồng

Tuy vậy, công nghệ nuối trồng nấm hiện nay theo hai phương pháp xử lý nguyên liệu bằng nhiệt (hấp thanh trùng ) và ủ đống cho nên năng suất nấm thu hoạch chưa cao Vì ngoài yếu tố như giống nấm, nguyên liệu, kinh nghiệm nuôi trồng, thời tiết thì quy trình công nghệ đóng vai trò vô cùng quan trọng, nó quyết định đến sự thành công hay thật bại trong việc nuôi trồng nấm Vì vậy, việc đưa ra công nghệ mới sử dụng ché phẩm enzyme có hoạt tính cao, có khả năng phân giải Cellulose nhằm rút ngắn được thời gian xử lý cơ chất và nâng cao năng suất nấm trồng là một hướng đi mới với rất nhiều triển vọng , sử dụng enzym công nghiệp sẽ đảm bảo phát triển kinh tế phải đi đôi với bảo vệ môi trường là việc làm vô cùng có ý nghĩa để nghề trồng nấm được phát triển bền vững

Tính đến ngày 15/11/2010, theo Tổng cục Thống kê, cả nước đã thu hoạch được 1453,4 nghìn ha lúa mùa, bàng 98,6% cùng kỳ năm trước Trong đó các địa phương phía Bắc thu hoạch 1137,5 nghìn ha; các địa phương phía Nam thu hoạch 315,9 nghìn ha Năng suất lúa Việt Nam cũng vào loại cao nhất vùng Đông Nam Á, bình quân 5,3 tấn/ha/vụ

Cùng với đó, Hiệp hội Lương thực cũng cho biết kết quả xuất khẩu gạo của cả nước đén 31/12/2010 đạt 6.754 triệu tấn, kim ngạch xuất khẩu đạt 2.912

tỷ USD Những con số thống kê trên đã cho thấy phần nào sức ảnh hưởng mạnh

mẽ của ngành trồng lúa với nền kinh tế nước nhà

Bảng 1: Thống kê diện tích và sản lượng lúa năm 2009

( nghìn ha)

Sản lượng lúa ( nghìn tấn)

1.2 TỈNH HÌNH SẢN XUẤT BỒNG PHÉ THẢI (39)

Việt nam là một quốc gia mà ngành công nghiệp ngày càng phát triển cao nói chung và ngành công nghiệp dệt may nói riêng ,Năm 2010, dệt may Việt Nam đạt kim ngạch xuất khẩu 11,2 tỉ USD và hiện đứng trong nhóm 5 quốc gia có quy

mô xuất khẩu dệt may lớn nhất thế giới Hiện Việt Nam là nhà xuất khẩu dệt may đứng thứ hai vào thị trường Mỹ, đứng thứ ba ở thị trường Nhật Bản và thị trường Châu Âu [37] chính vì thế mà chất thải trong quá trình sản xuất như bông phế thải, nước thải cũng chiếm một lượng rất lớn

Bông ở Việt Nam được trồng ở hai vụ:

- Bông vụ mưa gieo tháng 7 thu hoạch vào cuối tháng 11 Bông trồng theo

vụ mưa chiếm đa phần nhưng có nhiều kiểu trồng khác nhau Bông có thể trồng riêng trong 1 vụ (ở Bình Thuận) hoặc trồng ở vụ 2 sau vụ cây trồng ngắn ngày như đậu xanh, đậu tương, ngô và có thể trồng thuần hoặc xen canh với cây ừồng khác

- Bông có tưới gieo vào tháng 11 và 12, thu hoạch tháng 3 và 4 Có hai loại: Bông trồng trên các thửa ruộng nhỏ với hệ thống tưới bằng giếng như ở Phú Yên, Quảng Nam, Quảng Ngãi; Và bông trồng trên diện tích được tưới bằng các công trình thủy lợi như ở Bình Thuận

Ảnh 1: Hình ảnh về bông của nước ta

về diện tích: Nhờ có các tiến bộ kỹ thuật và đổi mới về phương thức quản

lý sản xuất nên sản xuất bông tăng mạnh, cao nhất là niên vụ 2002/03 đạt 32267

ha, vụ 2003/04 diện tích bắt đầu giảm sút, vụ 2006/07 diện tích giảm còn 17300

ha bằng hơn 50% vụ 2002/03 và vụ 2007/08 chỉ còn 7324 ha.

v ề năng suất đối với bông nhờ nước mưa do phụ thuộc quá lớn vào thời tiết nên năng suất bông không ổn định Trong 7 năm qua suất bông dao động khoảng 1 0 - 1 1 tạ/ha Trong khi đó suất ngô (cây trồng cạnh tranh chính với bông) tăng đều đặn mỗi năm 140kg/ha Theo báo cáo của SOFRECO để cạnh tranh được, với hai giá ngô và bông trong nông dân tương ứng là 2.700 đồng/kg

và 6000 đồng/kg, năng suất ngô là 4 tấn /ha thì năng suất bông bình quân phải đạt 2.147 kg/ha, một con số khó đạt cho bông vụ mưa

Đối với bông có tưới: Năng suất bông có tưới trong 7 năm qua tăng liên tục

từ 9,9 tạ trong niên vụ 2001/02 lên 15,01 tạ trong niên vụ 2003/04 và hiện nay đạt bình quân 20 tạ/ha, nhiều hộ gia đình đạt 3 0 - 3 5 tạ/ha

c- Giá thành bông xơ trong nước

Giá thành lkg xơ trong 3 vụ bông vừa qua của Công ty CP Bông Việt Nam duy trì ở mức 20.000 đồng/kg xơ, tương đương 1,25 ƯSD/kg, giá này gần với giá CIF thế giới So với các vùng khác như Cộng đồng Châu Âu, nhất là Châu Phi thì

đó là giá cạnh tranh Nhưng giá bông hạt mà các công ty mua cho người trồng bông không đủ hấp dẫn so với các cây trồng khác, mặc dù giá thành bông hạt của nông dân chỉ bằng 70% giá mua này

1.3 PHẾ PHỤ PHẨM SAU THU HOẠCH VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐÉN MÔI TRƯỜNG

1.3.1 Hiện trạng sử dụng phế phẩm rơm rạ ở Việt Nam

Việt Nam với sản lượng 34-38,9 triệu tấn lúa (2007-2009), thì hằng năm

sẽ có tơi 34-58,4 triệu tấn rơm rạ từ lúa sinh ra Theo nghiên cứu của tác giả Nguyễn Đình Hương, thì để có 1 tấn nông sản thì sẽ phát sinh ra lượng phế phụ phẩm như sau:

Bảng 2: Lượng p h ê ph ụ phàm ph á t sinh đê được 1 tăn nông sản [5]

Tên nông sản Loại phế phụ phẩm Khối lượng (kg)

Như vậy, theo tác giả Nguyễn Đình Hương thì hàng năm, rơm rạ sinh ra

từ sản xuất lúa ờ nước ta có thể lên tới 136-233,4 triệu tấn

Bảng 3: Hàm lượng cellulose trong m ột số nguyên liệu tự nhiên [9]

Trong chăn nuôi như nuôi lợn, gà, trâu bò, thỏ phế phẩm nông nghiệp

là rơm rạ, trấu, cỏ được dùng làm vật liệu lót chuồng trại, hay làm thức ăn cho trâu bò, gia súc Ngoài ra, chúng còn được ủ để tạo thành phân bón cho đồng ruộng Một số phế phẩm như trấu có thể dùng để sử dụng trong sản xuất ván ép, rơm rạ có thể dùng làm chổi quét, dùng để trồng nấm nhằm phát triển kinh tế

1.3.2.Các phương pháp xử lý phế thải nông nghiệp

Thành phần hữu cơ trong phế thải rơm rạ bao gồm các thành phần chủ yếu như cellulose, hemicellulose, và lignin Chúng liên kết chặt chẽ với nhau bảo vệ thực vật khi chúng còn sống Tuy nhiên, khi thực vật chết đi, chúng lại không dễ phân hủy Cellulose chiếm một tỷ l;ệ lớn trong thành phần lignocellulose, và là nhóm hợp chất cao phân tử bền vững chỉ bị phân giải dưới

tác dụng axit và kiềm đặc hoặc dưới tác dụng của một hệ thống enzyme cellulase do vi sinh vật sinh ra.

Nhiệm vụ đặt ra cho công nghệ xử lý rơm rạ mà điển hình là phương pháp ủ rác để sản xuất phân bón hữu cơ là chuyển hóa toàn bộ các thành phần

có trong rác thành các sản phẩm đảm bảo an toàn cho con người và môi trường

Đẻ làm được điều này cần có sự hỗ trợ đắc lực của vi sinh vật, đặc biệt là tập đoàn vi sinh vật chịu nhiệt và ưa nhiệt

Bản chất của phương pháp xử lý rác, rơm rạ bằng phân hủy sinh học là nhờ hoạt động sổng của vi sinh vật (vi sinh vật có trong rác, vi sinh vật thuần khiết được bổ sung trong quá trình xử lý) Rác, rơm rạ được phân hủy thành axit hữu cơ, mùn, tạo nên sinh khối mới của vi sinh vật, các sản phẩm trao đổi chất

và một số khí như CO2, CH4

Có nhiều phương pháp xử lý các chất thải hữu cơ chứa ỉignocellulose bằng phương pháp vi sinh vật được thực hiện trên thế giới [10,20] Chúng có thể xếp vào ba nhóm sau:

- Phương pháp sản xuất khí sinh học từ rác (Biogas)

- Phương pháp chôn rác (Landíill)

- Phương pháp ủ rác (Composting)

Bản chất của phương pháp ủ rác là một quá trình chuyển hóa phức tạp hydratcacbon, các hợp chất hữu cơ đa nhân chứa clo, kim loại nặng do hàng loạt các vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí không bắt buộc và kỵ khí đảm nhận [19] Có 2 dạng ủ rác đó là: ủ rác hiếu khí (aerobic composting) và ủ rác kị khí (anaerobic composting)

Công nghệ ủ rác kỵ khi sinh ra các khí có mùi khó chịu (H2S, NH3,

CH4 ) và nước rác, thường gây ô nhiễm môi trường Mặt khác tốc độ phân hủy chậm, vốn đầu tư lớn và sản phẩm tạo thành có chất lượng chưa cao

Trong phương pháp ủ rác hiếu khí, các chất thải hữu cơ như cellulose, hemicellulose, lignin, protein, tinh bột, lipit đêu được cuyên hóa tạo thành các sản phẩm chính là mùn, axit hữu cơ, sinh khối vi sinh vật, nhiệt lượng và khí

C 0 2, H20 [28]

Đe có được sản phẩm như trên rác thải hữu cơ phải trải qua hàng loạt các quá trình chuyển hóa do nhiều chủng vi sinh vật chịu nhiệt và ưa nhiệt đảm nhận

Trong quá trình phân hủy rác, hoạt động sống của các vi sinh vật làm nhiệt độ trong các đống ủ tăng dần lên trong một thời gian dài nên các vi sinh vật gây bệnh bị triệt tiêu Ngoài ra, các thành phần kim loại nặng có thể được chuyển hóa từ dạng độc thành dạng không độc bởi một số vi sinh vật So với công nghệ xử lý kị khí, quá trình hiếu khí không làm xuất hiện các khi có mùi

và nước rác tích tụ Do đó công nghệ xử lý hiếu khí có nhiều ưu điểm hơn so với công nghệ xử lý kị khí

Các phương pháp xử lý rác ở Việt Nam hiện nay rất đơn giản, chủ yếu dựa trên hoạt động của các vi sinh vật có sẵn trong rác thải nên thời gian phân hủy thường kéo dài trên 6 tháng Thời gian lên men dài như vậy gây nên tình trạng ô nhiễm hơn, tốn nhiều diện tích và công sức trong xử lý rác Mặt khác, ở quy mô công nghiệp trong các đống ủ sinh học, nhiệt độ thường tăng cao nên đa

số các loài vi sinh vật bản địa không thể tồn tại và phát triển

Đã có nhiều nghiên cứu ở Việt Nam sử dụng vi sinh vật, đặc biệt là các vi sinh vật chịu nhiệt và ưa nhiệt để phân hủy rác Ket quả đạt được là khá tốt, đã rút ngắn được thời gian phân hủy xuống còn 50 ngày

Một hướng đi tiện lợi, hiệu quả trong việc xử lý phế thải nông nghiệp hữu

cơ đó là việc sản xuất các chế phẩm vi sinh

• Một số chế phẩm vi sinh trong xử lý phế thải nông nghiệp

1.4 NGUYÊN LIỆU LIGNOCELLULOSE

Rơm rạ là một dạng vật liệu lignocellulose, vật liệu biomass phổ biến nhất ữên Trái Đất Lignocellulose có trong phế phụ phẩm nông nghiệp, chủ yếu ở dạng phế phẩm của các vụ mùa; trong sản phẩm phụ của công nghiệp sản xuất bột giất và giấy; có trong các rác thải rắn của thành phố

Thành phần chính của vật liệu lignocellulose là cellulose, hemicellulose, lignin, các chất trích ly và tro

1 4 1 Cellulose và cấu trúc

Cellulose là thành phần cơ bản của vách tế bào thực vật và có lẽ là hợp chất sinh học phong phú nhất trên trái đất, hàng năm được tạo thành với khối lượng lớn đến mức vượt tất cả các sản phẩm tự nhiên khác

Trong vách tế bào thực vật, cellulose tồn tại trong mối liên kết chặt chẽ với các polysaccarit khác Hàm lượng cellulose trong xác thực vật thường thay đổi trong khoảng 50-80%, trong giấy là 61%, trong trấu là 31%, trong bã mía là 46% (tính theo trọng lượng khô) Trong sợi bông hàm lượng này vượt trên 90%

về cấu trúc hóa học, cellulose là một polymer mạch thẳng (polyalcohol)

gồm các phân tử anhydroglucose nối với nhau bàng liên kết p - 1,4 glucozit

Tuy nhiên trong chuỗi glucan đơn vị lặp lại không phải glucose mà là cellobiose Mỗi phân tử glucose có dạng ghế bành, phân tử này quay 180° so với phân tử kia, vị trí của các nhóm hydroxyl đều ở mặt phẳng ngang của phân tử (hình 1)

Trong tự nhiên, các chuỗi glucan của cellulose có cấu trúc dạng sợi, đơn

vị sợi nhỏ nhất cỏ đường kính khoảng 3nm Các sợi sơ cấp hợp lại thành vi sợi

có đường kính từ 10-40nm, những vi sợi này hợp thành bó sợi to có thể quan sát

dưới kính hiển vi quang học Toàn bộ vỏ sợi có một lớp vỏ hemicellulose và

lignin rắn chắc bao bọc bên ngoài {25}

Cellulose là hợp chất phức tạp và bền vững, không tan trong nước và trong nhiều dung môi hữu cơ, các dung dịch kiềm loãng cũng không tác dụng, chỉ bị thủy phân khi đun nóng với axit và kiềm

Liên kết glucozit không bền với axit, dưới tác dụng của axit cellulose tạo thành các sản phẩm thủy phân không hòa tan, có độ bền cơ học kém hơn, cellulose khi thủy phân hoàn toàn sẽ thu được sản phẩm cuối cùng là đường hòa tan D-glucose

Dung dịch kiềm làm trương phồng mạch cellulose và hòa tan một phần các cellulose phân tử nhỏ Trong khi đó ở điều kiện bình thường một số vi sinh vật có thể thủy phân cellulose thành đường đơn {1}

Theo Heicheln {20} sinh khối thực vật của trái đất là 1x8.1012 tấn, trong

đó cellulose chiếm 40% Do vậy, tổng lượng cellulose của toàn thế giới là 7,2.1010 tấn, còn lượng cellulose tạo thành hàng năm là 4.1010 tấn

Khối lượng cellulose khổng lồ rất giàu năng lượng này nằm ở dạng thô, chủ yếu trong các nguồn sau:

- Các phế liệu nông nghiệp: rơm rạ, lá cây, cuống lá, vỏ lạc, trấu, cám, bãmía, lõi và thân ngô

- Các phế liệu công nghiệp thực phẩm: vỏ và xơ quả, bã cà phê, bã rau, bãkhoai sắn

- Các phế liệu công nghiệp gỗ: rễ cây, gỗ vụn mùn cưa

- Các chất thải của gia đình và đô thị: giấy loại, rác

Việc thủy phân cellulose bằng phương pháp hóa học hay sinh học vừa có

ý nghĩa về mặt tuần hoàn vật chất, vừa có ý nghĩa về mặt kinh tế Phương pháp hóa học đòi hỏi những trang thiết bị rất tốn kém mà lại khó thu được sản phẩm tinh khiết, vì vậy hiệu quả kinh thế thấp

Trong khi đó vi sinh vật tăng trưởng nhanh, nuôi cấy dễ, quá trình chiết rút enzyme đơn giản, enzyme có đặc tính hiệu cao nên có thể thu được sản phẩm tinh khiết, dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất thường

Khai thác năng lượng mặt trời tích lũy tiềm năng trong cellulose là hướng quyết định để giải quyết cơ bản cuộc khủng hoảng năng lượng hiện nay trên thế giới, cả năng lượng cho con người là protein cũng như năng lượng cho công

nghiệp là nhiên liệu.

Theo hướng này, trước hết cellulose phải được thủy phân thành glucose, rồi từ glucose tào thành nguồn thức ăn cho người và gia súc (protein đơn bào) hoặc lên men tạo thành các dung môi, chất dẻo và ethanol [9,16,25 ]

Việc sử dụng các cơ chất cellulose tự nhiên sẽ trở nên đơn giản và thuận lợi hơn rất nhiều nếu chúng được xử lý trước khi lên men Để làm trương cellulose có thể dùng cách xử lý cơ học, hóa học hay xử lý học hợp lý, ví dụ xử

lý siêu âm (bức xạ) cũng như dùng axit và nồng độ kiềm ở nhiệt độ cao Việc tìm ra biện pháp thích hợp và rẻ tiền là rất quan trọng, sự loại bỏ hoặc biến đổi lignin cũng phụ thuộc vào đó

Hình 2 Các sản phẩm lên men từ Cellulose

Hiện nay, tính chât phức tạp và chi phí cao cho các cách xử lý này đang là một trong những yếu tổ cơ bản đối với vấn đề khai thác cellulose cũng như sử dụng cellulose ờ quy mô công nghiệp

1.4.2 Cơ chế thủy phân Cellulose

Trong tự nhiên, nhiều loài vi sinh vật, đặc biệt là nấm mốc phân giải Cellulose rất mạnh nhờ tiết ra xenlulaza ngoại bào Nấm Trichodermareesei có thể phân giải 48% Cellulose trong 10 ngày lên men nguyên liệu lingo - Cellulose Nấm Phnerochaete chrysosporium phân giải 69% Cellulose tự nhiên trong 28 ngày (13) Khả năng thủy phân Cellulose bởi vi sinh vật cũng khác nhau Nhiều loại vi sinh vật khác có khả năng thủy phân hoàn toàn Cellulose

thành các xenlo - saccarit Để thủy phân hoàn toàn Cellulose, vi sinh vật phải có

3 enzyme sa u :

- Exo — p — 1 — 4D glucanaza ( hay 1,4 - |3 - D - glucan4 - glucanohydrolaza) (EC 3.2.1.4) Enzyme này thủy phân các Cellulose vô định hình hoặc Cellulose

đã biến tính như Cacboxylmethylcelluloza (CMC)

- Exo - p - 1 - 4 glucanaza ( hay exocellobbiohydrolaza) (EC 3.2.1.91) tấn công lên Cellulose kết tinh vô định hình các xenlo - saccarit từ các đầu không thử của chuỗi Cellulose Exo-glucanaza tác động rất yếu lên các Cellulose biến tính như CMC.HEC ( hydroxyl etyl celluloza)

- p —1 — 4 glucanaza ( hay xenlobiaza) (EC 3.2.1.21), thủy phân các xenlobiaza

và xenlo - saccarit mạch ngắn Glucoza là sản phẩm thủy phân duy nhất của enzyme này

Cơ chế thủy phân Cellulose:

Theo King (2 3 )và Reese, ( 28) ngoài 3 enzyme trên, còn có C[ là “tiềnnhân tố thủy phân” có tác dụng làm trương nở Cellulose tự nhiên làm cho phân

từ trở nên hoạt động Cơ chế tác động của Ci chưa rõ ràng Một số tác giả cho là

Ci không phải enzyme thủy phân, mà chỉ cắt các liên kết hydro giữa các chuỗi Cellulose và làm thay đổi cấu trúc vật lý Chuỗi Cellulose hoạt động sẽ bị phân cắt bởi endo- và exo-glucanaza thành các xenlo-oligosacarit tạo cơ chất cho xenlobiaza thủy phân tiếp thành đường glucoza (hình 3)

Hình 3: Cơ chế thủy phân Cellulose theo King (1969) và Reese (1952)

1.4.3 Đặc điểm của hemỉCelluỉose

HemiCellulose cũng là một polysaccarit thường gặp ở vách tế bào thực vật với khối lượng lớn HemiCellulose có mức độ trùng hợp nhỏ hom nhiều so

với Cellulose, thường gồm 150 gốc đường HemiCellulose có nhiều loại khác nhau và được gọi tên theo loại đường chiếm ưu thế Ví dụ xylan là hemiCellulose mà thành phần chủ yếu là đường xyloza, mannan la hemiCellulose mà đương manoza chiếm nhiều nhất Khác với Cellulose, khác như metylglucoza, axit uronic, các nhóm axetyl (29) Trong các số hemiCellulose xylan là phổ biến ở thực vật hơn cả

Trong phân tử xylan , các đon phân xyloza lien kết với nhau nhờ lien kết

- Ị3-D 1-4 xylo pyranosyl tạo thành mạch nhánh Ngoài ra còn các phân tử nhánh bên như Arabinoza, glucoza, axit uronic, Ở thực vật gồ cứng , xylan thường chiếm 15-30% trọng lượng thô

Các hemiCellulose nói chung có cấu trúc không chặt, chúng dễ bị tan trong các dung dịch kiềm hoặc axit loãng, nhiều vi sinh vật có thể dễ dàng phân hủy xylan

1.4.4 Cơ chế thủy phân hemiCellulose

Xylan rất phổ biến trong tự nhiên, So với Cellulose xylan dễ bị vi sinh vật đồng hóa hom Nhiều loại vi sinh vật có thể phân giải đồng thời Cellulose và xylan Hệ enzymes phân giải xylan gọi là xylanaza, các enzymes này bao gồm:

+ Endo 1-4- |3-D xylanaza (EC3,2,1,8)

1.4.5 Đặc điểm của lignỉn

Lignin là một thành phần đặc biệt của thực vật thường tập trung ở các mô hóa gỗ Lignin có vai trò như chất liên kết tế bào, tăng độ bền cơ học, chống thấm nước qua vách tế bào của cây Lignin được trùng họp bởi 3 loại rượu đơn chủ yếu có gốc phenilpropan đó là: trans-para coumaryl, trans-coniphenil và trans-synapyl (19) Tùy theo loại cây mà tỷ lệ 3 thành phần cacboxyl, cacbonyl,

m thoxil có khác nhau Ba loại rượu trên được trùng hợp với nhau nhờ mối liên kết C-C (bao gồm liên kết biphenyl, alkylaryl), các liên kết ete (24), trong đó liên kết ete B-0-4 lignol(arylglycerol-B ether) là rất bền vững và chiếm 50-60% các liên kết giữa gốc phenylpropan(19)

Lignin là chất rất bền, không tan trong nước và chất hữu cơ thông thường,

tan trong các dung dịch kiềm nóng, etanol, butanol, axit gorm ic

Một số tác nhân oxy hóa như nitrobenzene, các ion kim loại nặng Ag20, CuO trong dung dich kiềm ôxy hóa lignin thành các phân tử nhỏ hơn như vanillin, syring andehit, p-hydroxylbenzaldehit

Trong tự nhiên, lignin cũng bị một số vi sinh vật đặc biệt là các nấm mục

trắng phân giải Nấm phanerochaete chrysosprorium phân giải được 60%

lignin

1.4.6 Cơ chế phân giải lỉgnỉn

Theo christman và oglesby), enzymes phenoloxylaza rất phô biến ở các nấm mục trắng, có vai trò quan trọng trong phân giải lignin v ề sau các enzymes này đã được nghiên cứu sâu và người ta đã tách được enzymes thành các thành phần riêng rẽ, xác định được vai trò của chúng trong quá trinh phân giải lignin

Có 3 enzymes chính và phổ biến sau:

-Lignin peroxidaza (EC 1.11.1.14)

- Mangan peroxidaza (EC 1.11.1.13)

- Laccaza ( EC 1.10.3.2)

Trong 3 enzyme trên, lignin perosidaza có chứa năng quan trọng và được nghiên cứu nhiều vì chúng có khả năng phân giải mạnh cấu trúc p-D-4 lignol, là liên kết rất bền vững giữa các phân tử, và chiếm 50-60% trong phân tử lignin (22) Sản phẩm phân giải của lignin là các dẫn xuất phenol như vanillin, syring andehit, axit varatric

Hai enzyme sau là mangan perosidaza và laccaza ít được chú ý, có lẽ là không có vai ưò lớn trong phân giải lignin, Jensen và ctv (21) cho là 2 enzymes này chỉ ôxy hóa các liên kết còn lại và không bền trong phân tử lignin, hoặc chúng tham gia ôxy hóa các mạch bến của các gốc phenol, chuyển hóa giữa các dẫn xuất Tuy nhiên, ở nấm có enzyme mangan peroxidaza cũng ôxy hóa được các liên kết giữa các cấu trúc (3-D-4 -lignol, nhưng cần phải có một enzyme khác phụ trợ

1.5 VI SINH VẶT PHÂN GIẢI CELLULOSE (3,11)

Trong tự nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân hủy Cellulose nhờ có hệ enzyme xenlulaza, bao gồm: xạ khuẩn, vi khuẩn và nấm Có khả năng

này, chính là do chúng có khả năng tổng họp phức hệ enzymes cellulase Sự phân giải cellulose xảy ra theo hai hướng là sự phân giải kị khí (không có sự góp mặt của oxi) và sự phân giải cellulose hiểu khí (có mặt của oxi).

Tuy nhiên trong tự nhiên không có một vi sinh vật nào có khả năng cùng một lúc sinh tổng hợp tất cả các loại enzyme trong phức hệ enzymes cellulase

mà chúng thay phiên nhau phân hủy cellulose đến sản phẩm cuối cùng là glucose

1.5.1 Xạ khuẩn

Là một nhóm vi khuẩn đặc biệt, tế bào có kích thước nhỏ như vi khuẩn nhưng đặc trưng bởi sự phân nhánh, đa số sống trong đất, gram (+) và hiếu khí Dựa vào đặc điểm về nhiệt độ sinh trưởng, người ta chia xạ khuẩn thành 2 dạng

+ Xạ khuẩn ưa ấm, phát triển tốt ở nhiệt độ 25 - 37°c

+ Xạ khuẩn ưa nhiệt, phát triển tốt ở nhiệt độ 45 - 70°c

Xạ khuẩn có mặt quanh năm trong tất cả các loại đất số lượng xạ khuẩn phụ thuộc vào loại đất và tính chất đất, Cellulose của xạ khuẩn là enzyme ngoại bào , Xạ khuẩn có một vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy Cellulose nói riêng và rác thải nói chung bởi các chủng này đa số là các chủng chịu nhiệt, có khả năng sinh bào tử khi gặp điều kiện môi trường khắc nhiệt

Mặt khác, đa số các chủng xạ khuẩn đều có hoạt tính kháng sinh Vì vậy, khi tham gia vào quá trình ủ rác sẽ tạo ra một sản phẩm phân bón sinh học có khả năng ức chế sự phát triển của các vi sinh vật gây bện khác

Trong các loại vi sinh vật phân giải Cellulose kể trên thì xạ khuẩn đang là mối quan tâm rất lớn vì đặc điểm phân bố rộng rãi trong tự nhiên (đất, nước, trong các hợp chất hữu cơ ) Xạ khuẩn có nhiều nét giống vi khuẩn và nấm mốc nên người ta coi nó là dạng trung gian giữa hai loài vi sinh vật này

Dựa vào điểm đặc trưng của xạ khuẩn và một số yéu tố khác mà người ta

có thể nhận biết được xạ khuẩn; hình thái xạ khuẩn Đặc điểm hình thái là những dấu hiệu quan trọng để xác định loài xạ khuẩn có dạng sợi Trong quá trình ủ rác bằng biện pháp lên men hiếu khí, cần phải tuyển chọn và nghiên cứu những chủng xạ khuẩn ưa nhiệt vì nhiệt độ đống ủ thường tăng cao

Theo Luginova, 1973 đã nghiên cứu các chủng xạ khuẩn ưa nhiệt như: Streptomyces fradiac sống ở 40°c, Actinomyces buccalis ở 45°c Bên cạnh đó ở

nhiệt độ cao hơn một số loài xạ khuẩn cũng sinh trưởng phát triển được như: Micromonospora thermlntea tới 55 - 60°c, Thermonospora tới 75°c.

1.5.2 Vi khuẩn

Từ thế kỷ 19 các nhà khoa học đã nghiên cứu và nhận thấy một sổ vi sinh vật kỵ khí có khả năng phân giải Cellulose Những năm đâu thê kỷ 20 người ta phân lập được các vi khuẩn hiếu khí cũng có khả năng này

Trong các vi khuẩn hiếu khí phân giải Cellulose, niêm vi khuấn là quan trọng nhất, chúng thường có hình que nhỏ, hơi uốn cong, có thành tế bào mỏng, bắt màu thuốc nhuộm kém Niêm vi khuẩn nhận được năng lượng khi oxy hóa các sản phẩm của quá trình phân giải Cellulose thành C 02 và H20

Trong điều kiện kỵ khí, các loài vi khuẩn ưa ấm hay ưa nhiệt thuộc giống Clostridium tiến hành phân giải Cellulose, chúng phát triển yếu trên môi trường chứa đường

1.5.3 Nấm

Nấm sợi phân giải Cellulose mạnh hơn vi khuẩn vì chúng tiết vào môi trường lượng enzyme ngoại bào nhiều hơn vi khuẩn Vi khuẩn tiết vào môi trường phức hệ Cellulose không hoàn chỉnh chỉ thủy phân được cơ chất đã cải thiện như giấy lọc và CMC Còn nấm tiết hệ Cellulose hoàn chỉnh nên có thể thủy phân Cellulose hoàn toàn Thông thường enzyme cellulase được tổng hợp mạnh khi đã bắt đầu tạo bào tử và chúng thường xuất hiện ở những khuẩn ty Nấm có thể phát triển ở pH = 3,5 đến 6,6, Các loại nấm phân hủy mạnh cellulose: Trichoderma, Aspergillus, Altemamia, Chaetomium, Coprinus, Fomes, Fusarium, Mỷothecium, Penicillium, Polypones, Rhzoctonia, Rhizopus, Tricoderma

Tóm lại, những nhóm vi sinh vật tham gia quá trình chuyển hóa các hợp chất cacbon đã góp phần khép kín vòng tuần hoàn vật chất, đảm bảo cân bằng vật chất trong tự nhiên Sự phân bố rộng rãi của nhóm vi sinh vật chuyển hóa các hợp chất cacbon còn góp phần làm sạch môi trường, tái sử dụng chất thải hữu cơ thành nguồn thực phẩm có giá trị, từ đó giữ được sự cân bàng sinh thái trong các môi trường tự nhiên

1.6 ENZYME PHÂN GIẢI CELLULOSE

1.6.1.Khái niệm về cellulase

Sự phân giải cellulose trong tự nhiên là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự tham gia phối hợp của nhiều enzyme khác nhau

Cellulase là nhóm enzyme thủy phân có khả năng cắt mối liên kết [3-1,4- O-glucoside trong phân tử cellulose và một số cơ chất tương tự khác Đó là một phức hệ gồm nhiều loại enzyme khác nhau và đ ũ ợ c xép thành 3 nhóm cơ bản:

- endo-(3-l,4-glucanase hay carboxymethyl cellulase (CMCase) (EC 3.2.1.4) còn gọi là cellulase (Cx) Enzyme này tác động thuỷ phân lên các liên kết phía trong mạch cellulose một cách tuỳ tiện làm trương phồng cellulose, dẫn đến làm giảm nhanh chiều dài mạch và tăng chậm

các nhóm khử Enzyme này hoạt động mạnh ở vùng vô định hình nhưng

lại hoạt động yéu ở vùng két tinh của cellulose

- exo-ị3-l,4-glucanase hay cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) (C l) Enzyme này giải phóng cellobiose hoặc glucose từ đầu không khử của cellulose Enzyme này tác động yếu lên vùng vô định hình ở phía bên trong của mạch, nhưng tác động mạnh lên mạch bên ngoài của cellulose kết tinh hoặc cellulose đã bị phân giải một phần Hai enzyme Exo và Endo- glucanase có tác dụng hiệp đồng cho hiệu quả rõ rệt

- p-glucosidase hay p-D-glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21) Enzyme này thuỷ phân cellobiose và các cellodextrin hoà tan, chúng có hoạt tính thấp và giảm khi chiều dài của mạch cellulose tăng lên Tuỳ theo vị trí

mà p - glucosidase được coi là nội bào, ngoại bào hoặc liên kết với thành

tể bào Chức năng của Ị3 - glucosidase có lẽ là điều chỉnh sự tích luỹ các chất cảm ứng của cellulase [13], [16]

- Mỗi loại enzyme tham gia thủy phân cơ chất theo một cơ chế nhất định và

- nhờ có sự phối họp hoạt động của các enzyme đó mà phân tử cơ chất được thủy phân hoàn toàn tạo thành các sản phẩm đơn giản nhất

- Trong tự nhiên cellulase có mặt trong hầu hết các vi sinh vật bao gồm cả

vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm

! OAI H Ọ C Q U Ố C G I A HA N O l TRỤNG TÁM THÔNG TIN THU VIỆN

1.6.2.CƠ chế thủy phân ceỉlulose

Mỗi dạng enzyme trong phức hệ cellulase tham gia thủy phân phân tử cơ chất theo một cơ chế riêng Tuy nhiên, những enzyme này thường phối hợp hoạt động để thủy phân hoàn toàn phân tử cơ chất thành sản phẩm đơn giản nhất là glucose

Endo-[3-l,4-glucanase tham gia thuỷ phân các liên kết (3-1,4 glucoside ở bên trong các phân tử cellulose và một số loại polysaccharide tương tự khác Sản phẩm phân cắt là các oligosaccharide Exoglucanase thủy phân các liên kết

ở đầu khử và đầu không khử của phân tử cơ chất, giải phóng các oligosaccharide, cellobiose và glucose P-Glucosidase thủy phân các phân tử cellodextrin và cellobiose tạo thành các phân tử glucose [20

1.6.3.Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme

1.6.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Ở các nhiệt độ khác nhau, hoạt độ enzyme cũng khác nhau Nhiệt độ ứng với hoạt độ enzyme cao nhất gọi là nhiệt độ tối ưu của enzyme (tọ t) Môi enzyme có nhiệt độ tối ưu khác nhau Tuy nhiên top, của mỗi enzyme không cố định mà có thể thay đổi tuỳ cơ chất, pH môi trường, thời gian phản ứng Nhiệt

độ mà enzyme mất hoàn toàn hoạt tính xúc tác gọi là nhiệt độ tới hạn, thườngvào khoảng trên 70°c ở nhiệt độ tới hạn enzyme bị biến tính, ít có khả năng hồi phục được hoạt độ Ngược lại ở nhiệt độ dưới 0°c, hoạt độ enzyme tuy bị giảm nhưng lại có thể tăng lên khi đưa về nhiệt độ bình thường (7)

Anh hưởng của nhiệt độ

Hình 4 : Đường minh họa ảnh hưởng của nhiệt

độ đến vận tốc phản ứng enzyme

1.6.3.2 Anh hưởng củ apH môi trường

pH môi trường có ảnh hưởng rõ rệt đến phản ứng enzyme vì nó ảnh hưởng đến mức độ ion hoá cơ chất, enzyme và ảnh hưởng đến độ bền protein enzyme

Đa số enzyme bền trong giới hạn pH giữa 5 và 9., pH tối ưu cho hoạt động của nhiều enzyme vào khoảng 7 Tuy nhiên cũng có một số enzyme có pHopI rất thấp (pepxin, proteinase axit của vi sinh vật, v v ) hoặc khá cao (subtilisin, pHopt > 10), pHopt của một enzyme cũng không cố định mà phụ thuộc nhiều vào các yếu tố khác như cơ chất, tính chất dung dịch đệm, nhiệt độ

Hĩnh 5 : Đường minh họa ảnh hưởng của p H

đến vận tốc phản ứng enzyme

1.7 ỨNG DỤNG CỦA ENZYME

1.7.1 ứ n g dụng trong chế biến thực phẩm

Một trong những ứng dụng đầu tiên của cellulase ưa nhiệt trong công nghiệp là dùng sản xuất nước hoa quả Trước đây, táo được nghiền nát rồi lọc thu dịch, nhưng cách này cho sản lượng không cao Ngày nay, bằng cách bổ sung celluỉâse vào phần bã táo sau lọc, người ta không chỉ thu được sản lượng cao mà còn ngăn chặn vsv nhiễm vào vì cellulase có thể hoạt động trong quá trinh chế biến ở nhiệt độ cao

Hình 6 ứ n g dụng celỉulase trong sản xuất nước táo ép [23]

Ngoài ra, cellulase được dùng trong chế biến cà phê, thuỷ phân cellulose trong quá trình làm khô hạt cà phê [20].

1.7.2 ứ n g dụng trong công nghiệp vải sợi

Người ta sử dụng cellulose trong công nghiệp vải sợi với nhiều mục đích Thứ nhất, cellulose được bổ sung vào chất tẩy rửa giúp làm bền màu vải sợi trong thời gian dài Có thể thấy ràng, sau nhiều lần giặt quần áo có xu hướng bạc màu và xơ Các công ty sản xuất bột giặt đã bổ sung cellulase vào sản phẩm của họ để giảm sự phai màu và xơ do giặt nhiều lần [23].

ứng dụng thứ hai của cellulose là dùng để tạo các vết mài trên quần bò (hình9), giúp chúng mềm và nhẵn hơn Trước kia, để tạo các vết mài, quần bò phải được xử lý với đá bọt để làm mất thuốc nhuộm trên bề mặt và nó có thể phá hủy các sợi chi Sau khi xử lý với đá bọt, người ta phải loại bỏ nó do nó có hại với con người Ngày nay, khi bổ sung celỉuỉase vào dịch tẩy, enzyme này

loại bỏ lóp thuốc nhuộm nhưng vẫn duy tri độ bền cho vải sợi Hiệu quả khác nhau phụ thuộc vào lượng enzyme bỗ sung vào dịch tẩy [23].

Hình 7 ủ n g dụng của ceiluỉose trong tạo vết mài trên quần bò [23]

1.73 ứ n g dụng trong công nghiệp giấy

Để sản xuất và tái tạo giấy, người ta sử dụng các hoá chất mạnh không an toàn cho cả con người và môi trường Giấy được làm từ gỗ và rất khó khăn để biến những mảnh gỗ to thành những mẩu nhỏ dùng sản xuất giấy do thành tế bào cellulose của gỗ Cellulose có thể dùng để thực hiện công việc trên mà không phải sử dụng đến những hoá chất có hại cho môi trường [23].

Một trong những quá trinh cơ bản sử dụng cellulose là quá trình tẩy trắng Người ta thường sử dụng chloride để tẩy trắng Tuy nhiên, chloride không những có hại cho môi trường mà còn không tốt cho sức khoẻ của con người

Ngày nay, cellulase được dùng để làm trắng bột giấy và loại mực khỏi giấy đã

sử dụng Cả hai cách dùng trên đều không làm giảm độ dai của giấy [23]

1.7.4 ứ n g dụng trong sản xuất cồn công nghiệp

Một trong những ứng dụng mới nhất của cellulose là dùng sản xuất cồn nhiên liệu Tập đoàn Iogen tiên phong trong lĩnh vực ứng dụng này với quy trình sản xuất gọi là EcoEthanol Điều đặc biệt của quy trình này là sử dụng phần không ăn được của ngô và lúa mì như thân, lá Gần đây, cồn nhiên liệu

được sản xuất từ ngô, nhưng nó sẽ làm giảm thức ăn của động vật [21] Việc

dùng cồn nhiên liệu giảm được 90% lượng C 02 thải ra so với dùng dầu hoả

1.7.5 ứ n g dụng trong xử lý môi trường

Song song với sự phát triển của xã hội, lượng chất thải sinh hoạt cũng tăng theo Biện pháp xử lý thường dùng ở nước ta là chôn lấp, nhưng cách này tốn diện tích và thời gian phân huỷ kéo dài, đồng thời quá trình xử lý nước ri ra

từ các bãi chôn lấp rất tổn kém và có nguy cơ gây ô nhiễm nước ngầm và không

khí xung quanh khu vực chôn lấp [4] Việc bổ sung cellulase giúp phân huỷ rác thải hữu cơ nhanh hom.

1.7.6 ứ n g dụng trong nông nghiệp

Việc ứng dụng cellulase trong nông nghiệp, chủ yếu trong chăn nuôi để tăng hiệu quả sử dụng thức ăn, sản xuất thức ăn dễ tiêu hoá cho động vật, đặc biệt là động vật còn non Thành phần thức ăn của nhiều động vật chủ yếu là ngũ cốc, có bổ sung các nguyên liệu giàu protein như đậu tương, và/hoặc nguyên liệu giàu lipid Nhiều thức ăn thực vật có chứa khoảng 30% là cellulose, hemicellulose, pectin là những chất mà nhiều động vật không hấp thụ được [1] Việc bổ sung cellulase phân giải cellulose thành các sản phẩm phân tử thấp dề tiêu hoá, dễ hấp thụ và làm giảm ô nhiễm môi trường

1.8 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT NẤM ĂN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.8.1 Trên thế giói [34]

Ngành trồng nấm hiện đang rất được quan tâm tại nhiều quốc gia do khả năng sinh lời lớn và mọi người đều có thể tham gia

Sự hỗ trợ của chính phủ đóng vai trò quan trọng trong ngành này Điều này có thể nhận thấy ở Trung Quốc Với sự hỗ trợ của chính phủ, Trung Quốc hiện sản xuất được 5 triệu tấn nấm, mang lại giá trị 20 tỷ USD Ngành này củng tạo việc làm cho hơn 30 triệu người Trung Quốc Sự cải tổ từ phía chính phủ đem lại sự tăng trưởng lớn cho ngành trồng nấm từ con số chỉ 60 nghìn tấn

trước năm 1978

Tại Pennsylvania, Mỹ - nơi được coi là vương quốc nấm của thế giới, ngành này tạo việc làm cho hàng chục nghìn người, mang lại lợi nhuận hàng chục triệu USD Tổng sản lượng nấm toàn cầu lên tới hàng triệu tấn tạo nguồn thu hàng chục tỷ đô la Sự tăng trưởng của ngành trồng nấm được coi là một hiện tượng do có tốc độ tăng mạnh từ con số 350 tấn vào năm 1965

Ngành trồng nấm là hoạt động sản xuất nông nghiệp mà mọi người đều có

thế tham gia Đây có thể được coi là công việc phụ tạo thêm nguồn thu đối với

một số người Đây là ngành sinh lợi lớn và người trồng nấm có thể biết được mình thu được lợi nhuận bao nhiêu sau khoảng thời gian từ 1 đến 3tháng tùy loại nấm trồng

Công nghệ sản xuất nấm không phức tạp, nấm sinh trưởng nhanh, nguyên liệu để sản xuất chủ yếu là cellulose và hemicellulose, các phế thải của ngành

sản xuất nông, công, lâm nghiệp dễ kiếm, dề sử đụng Chính vì thế mà nghề

trồng nấm trên thế giới đã được hình thành và phát triển từ nhiều năm nay ở quy

mô công nghiệp hiện đại, cũng như quy mô hộ gia đình ở nhiều nước như: Hà

Lan, Pháp, Ý, Mỹ, Nhật, Đài Loan, Trung Quốc, Hàn Quốc [12]

1.8.2 Ở Việt Nam [46]

Tổng sản lượng các loại nấm ăn và nấm dược liệu của Việt Nam hiện nay

đạt trên 12.000 tấn/năm Kim ngạch xuất khẩu hoảng 40 triệu USD/năm Chúng

ta đang nuôi trồng 6 loại nấm phổ biến ở các địa phương:

Nấm rơm trồng tập trung ở các tỉnh miền tây Nam Bộ (Đồng Tháp, Sóc

Trăng, Trà Vinh, c ầ n Thơ ) chiếm 90 sản lượng nấm rơm cả nước

Mộc nhĩ trồng tập trung ở các tỉnh miền Đông nam Bộ (Đồng Nai, Lâm

Đồng, Bình Phước ) chiếm 70% sản lượng mộc nhĩ trong nước

Các tỉnh trồng nhiều nấm rơm như Hậu Giang, Đồng Tháp, Sóc Trăng đã

tận dụng tốt nguồn rơm rạ tạo ra hàng trăm ngàn tấn nấm rơm xuất khẩu Các

tỉnh Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu, Long Khánh có hàng trăm trang trại trồng

mộc nhĩ bằng mùn cưa cao su mỗi năm sản xuất hàng ngàn tấn mộc nhĩ kho tiêu

thụ tại thị trường trong nước và xuất khẩu

Ở miền Bắc phong trào trồng nấm đã phát triển ở một số tỉnh đồng bàng

và trung du tận dụng rơm rạ, mùn cưa trồng các loại nấm mỡ, nấm sò về mùa

lạnh; nấm rơm, mộc nhĩ, Linh chi vào mùa hè như các tỉnh Bắc Giang, Hưng

Yên, Vĩnh Phúc, Ninh Bình và có xu hướng phát triển thành quy mô trang trại

hoặc làng nghề

Nấm mỡ, nấm sò, nấm hương chủ yếu trồng ở các tỉnh miền Bắc, sản

lượng mỗi năm đạt khoảng 15.000 tấn

Nấm dược liệu: linh chi, vân chi, đầu khỉ mới được nuôi trồng ở một số

tỉnh, thành phố (Thành phố Hà Nội, Hưng Yên, Vĩnh Phúc, Ninh Bình, Tp Hồ

Chí Minh, Đà Lạt ) sản lượng mỗi năm đạt khoảng 100 tấn

Việc nuôi trồng các loại nấm ăn và nấm dược liệu nói chung hiện nay rất

phù hợp với người nông dân Việt Nam bởi vì:

- Nguyên liệu trồng nấm rất sẵn có như : rơm rạ, mùn cưa, thân cây gồ,

thân lõi ngô, bông phế loại ở các nhà máy dệt, bã mía ở các nhà máy đường

Ước tính cả nước có khoảng 40 triệu tấn nguyên liệu nói trên, chỉ cần sử dụng

khoảng 10 - 15% số nguyên liệu này đem nuôi trồng nấm đã tạo ra trên 1 triệu

tấn/năm.

- Vôn đâu tư đê trông nâm so với các ngành sản xuât khác không lớn vì

đầu vào chủ yếu là công lao động nông nghiệp (chiếm khoảng 30-40% giá thành

1 đơn vị sản phẩm ) trong khi đó Việt Nam đang dư thừa hàng triệu lao động ở các vùng nông thôn Nếu tính trung bình để giải quyết việc làm cho 1 người lao động trong lúc nông nhàn để trồng nấm ở nông thôn hiện nay có mức thu nhập1000.000 đ -1500.000 đ/ tháng Chỉ cần một số vốn đầu tư ban đầu khoảng 5 triệu đồng và 100m2 diện tích đất để làm lán trại Nếu so với các ngành công nghiệp khác phải xây dựng nhà máy, xí nghiệp, chúng ta phải đầu tư trên 100

triệu đồng/1 người công nhân mới có việc làm

- Thị trường tiêu thụ các loại nấm ăn và nấm dược liệu ngày càng mờ rộng Giá bán nấm tươi ở các tỉnh, thành phố lớn như: Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh cao gấp 2-3 lần giá thành sản xuất (Nấm mỡ: 35.000 đ/kg, nấm sò:25.000 đ/kg, nấm rơm: 45.000 đ/kg) Riêng thành phố Hà Nội trung bình mồi ngày tiêu thụ khoảng 60 tấn nấm tươi các loại Nhu cầu ăn nhấm của nhân dân trong nước ngày càng tăng do nhiều người đã hiểu được giá trị dinh dưỡng và làm thuốc của nấm Trong tình hình giá cả các loại thực phẩm thông dụng hiện nay như thịt, cá, rau có biến động tăng vọt về giá, và chất lượng không được đảm bảo Người dân lo sợ trong thức ăn của gia súc quá nhiều tăng trọng, rau bị phun quá nhiều hóa chất Vì vậy nấm ăn là nguồn thực phẩm càng được người tiêu dùng chú trọng Thị trường xuất khẩu nấm mờ, nấm rơm, muối, sấy khô, đóng hộp của Việt Nam ra nước ngoài, có thể nói: chúng ta chưa đáp ứng

đủ Nếu chúng ta sản xuất được 1 triệu tấn nấm mỡ, nấm rơm để chế biến xuất khẩu/năm thì riêng kim ngạch xuất khẩu mặt hàng này đã đạt trên 1 tỷ USD/năm, mang lại nguồn thu lớn cho đất nước mà không phải bỏ 1 đồng ngoại

tệ nào để nhập khẩu nguyên liệu, thiết bị như các ngành sản xuất, xuất khẩu khác

Tóm lại, hiệu quả kinh tế và xã hội nghề sản xuất nấm ăn và nấm dược liệu ở Việt Nam là rất rõ, đặt biệt có ý nghĩa đối với nhiều vùng nông nghiệp, nông thôn hiện nay đang thiếu việc làm và thu nhập thấp

Nấm có thể mọc đơn độc, hay mọc từng lớp, chồng lên nhau theo kiêu lợp mái từ thân cây gỗ khắp nơi từ Bắc Mỹ, qua Âu, Á châu Nấm hiện được nuôi trồng quy mô tại Nhật và Trung Hoa, và tại một vài nước tại Au châu như Hungary, có thể dùng ngay những môi truờng làm bàng mạt cưa bó lại thành từng khúc Khởi đầu mũ nấm có màu xám nhạt, mọc nhô lên, sau đó có những chỗ lõm, nhiều hay ít và chuyển sang nâu nhạt hay sậm Mặt mũ nâm nhăn, đường kính có thể lớn từ 4-12 cm Thịt khá dày, màu trắng đục Cuống ngăn, nhỏ có khi không có cỡ 1-3 X 1-2 cm ! mọc rất gần nhau, tạo thành cảm giác có chung một cuống Cuống phủ lông mịn, màu nhạt hơn mũ Bào tử nâm mâu

trăng, nhìn dưới kính hiển vi có dạng thuôn, hay hình trụ cỡ 7.5-10 X 3.5 micro

m nấm có mùi thơm dễ chịu, vị ngọt, dai, khá ngon

Nấm sò được dùng tại Trung Hoa từ ngàn năm trước: một bài thơ từ thời Nam-Bắc Triều (AD 420-479) đã ca ngợi nấm như “Nấm của Thiên đường các loài Hoa”

Thành phần dinh dưỡng trong 100 gram nấm tư ơ i:

30.3

+ Magnesium 174-292.9

+ Phosphorus 1212- 1406 + Potassium 2130- 3793

+ Selenium (microgram)

+ Sodium 158- 837

p Z Ĩ T Ĩ Ĩ ỉ ° ngu,ồ" CUilg cấp B ỉ' B2’ B5 B6 và Biotưh

cúa nấm sò có Phẩm chắt cao, có thể so sánh với thit đ o n g vât rPH

z

p.ostreatus chứa đến 7% khoáng chất, 4.2% lipid, 15.7% chất đạm và 54.4% chất bột (carbohydrates) Acid béo chính trong quả thể nấm là oleic acid, tỷ lệ acid béo bảo hòa với acid béo không bảo hòa là 14/86 Trong quả thể còn có một lectin (Conrad & Rudinger 1994) Phần lớn các acid hữu cơ trong nấm là các acid formic, malic, acetic (cao nhất=266mg/100g) và citric Trong Pleurotus griseus có chứa Pleurotin một chất kháng sinh khá mạnh, chất này dễ bị hủy bời nhiệt hoặc ánh sáng (Bot Rev số 17-1951).

1.9.1 Kỹ thuật trồng nấm sò trước đây

Rơm rạ chặt ngắn 10-15 cm, ngâm trong nước vôi 15-20 phút, vớt ra để ráo nước Bông phế loại làm ướt đảm bảo độ ẩm từ 65-70% sau đó ủ 8-10 ngày Các loại nguyên liệu này sau khi kiểm tra đảm bảo đủ độ ẩm, phổi trộn thêm với 5- 10% bột cám gạo hoặc cám ngô Cho nguyên liệu vào túi nylon chịu nhiệt, trọng lượng túi l,5-2kg/túi (kích cỡ túi rộng 20cm, dài 40cm), nút cổ túi bàng ống nhựa và bông không thấm nước đưa vào thanh trùng ở các chế độ nhiệt khác nhau:

- Trong nồi Autoclave (nồi hấp) ở t° = 121 -125°c thời gian 90 phút

- Trong thùng phuy ở t0= 95-100C thời gian 180 phút

Sau đó lấy nguyên liệu ra, để nguội, cấy giống trong phòng vô trùng

Các cơ sở sản xuất lớn, có đủ trang thiết bị, áp dụng phương pháp xử lý nguyên liệu theo phương pháp 2 rất đảm bảo Hạn chế tỷ lệ nhiễm bệnh

Nấm sò là loại nấm ăn của các vùng ôn đới được di nhập vào nước ta Các nước Châu Âu như: CHLB Đức, Ý, Pháp đều sử dụng các phương pháp tiên tiến, hiện đại để trồng nấm sò theo dây chuyền công nghiệp: Rơm lúa mì được băm nhỏ, tạo ẩm, hấp khử trùng; thổi hơi lạnh để nguội, cấy giống rồi đóng túi nuôi sợi nấm mỗi bịch nấm có trọng lượng 5-10kg rơm rạ Năng suất từ 80- 90% nấm tươi/nguyên liệu khô ở nước ta trong thời gian đầu nuôi trồng nấm sò (những năm 80 của thế kỷ 20) các cơ sở nuôi trồng như: Trung tâm Nấm - Đại học Tổng hợp; Xí nghiệp Đặc sản rừng; Công ty nấm Hà Nội đều áp dụng phương pháp hấp khử trùng rơm rạ như các nước Châu Âu Sang nhừng năm 90, các cơ sở sản xuất đều tiếp thu phương pháp ủ nguyên liệu rơm rạ lên men hiếu

khí, ở nhiệt độ trên 70°c để thay cho việc khử trùng cơ chất trồng nấm Phương pháp lên men tự nhiên đã kích thích người dân đầu tư sản xuất nấm sò phát triển mạnh gấp hàng trăm lần, bởi vì phương pháp lên men tốn ít công, đơn giản, dễ

làm, cùng một lúc có thể xử lý hàng chục tấn nguyên liệu và phải đầu tư ít Tuy vậy năng suất nấm còn thấp, tỉ lệ nấm bị nhiềm rất cao.

Hình 8: Quy ừình nuôi trồng nấm sò trước đây

Rơm rạ được làm ướt bàng nước vôi:

ủ đống Hoặc hấp khử trùng phải băm rom

- Chăm sóc, thu hái

1.10 GIỚI THIỆU VÈ NẤM RƠM

a Đăc tính sinh hoc của nấm rơm ■ •

Nấm rơm có tên khoa học Volvariella volvacea gồm nhiều loại khác nhau, có loại màu xám trắng, xám, xám đen kích thước, đường kính “cây nấm” lớn, nhỏ tùy thuộc từng loại Ở các vùng nhiệt đới như Trung Quốc, Hồng Kông, Đài Loan, Việt Nam rất thích hợp về nhiệt độ để nấm rơm sinh trưởng

và phát triển Yêu cầu nhiệt độ thích hợp từ 35-37°C Độ ẩm nguyên liệu (cơ chất) 65-70% Độ ẩm không khí 80%, Độ pH = 7, ưa thoáng khí, nấm rơm sử dụng dinh dưỡng cellulose trực tiếp từ nguyên liệu trồng

3 ngày

I

ủ đống đảo lần 1, chỉnh độ ẩm

Nấm rơm có mùa vụ nuôi trồng từ tháng 5 đến tháng 10 ở miền Bắc và nuôi trồng quanh năm ở miền Nam Chu kỳ một mẻ nuôi trồng rất ngắn từ khi

xử lý nguyên liệu đến khi kết thúc thu hái khoảng 30 ngày Trong đó gồm:

Công đoạn xử lý nguyên liệu: Thời gian từ 7-9 ngày đảm bảo rơm rạ được lên men hiếu khí , có độ ẩm thật chuẩn từ 70-72% Đống ủ đúng kích thước, chiều caol 5 ,.rộng 1.5, dài tùy lượng nguyên liệu có

Công đoạn cấy giống nuôi sợi nấm trong mô nấm thời gian từ 8-12 ngày: Đảm bảo sợi nấm mọc đầy đủ và sử dụng hết cơ chất trong mô nấm, phải chú ý tới nhiệt độ mô nấm để sợi nấm phát triển tốt

Công đoạn chăm sóc, thu hái: thòi gian từ 4-7 ngày Đảm bảo đủ độ ẩm

cả trong mô nấm và ngoài không khí để nấm mọc đều, thu hái đúng tuổi, đúng chất lượng

b Đăc điểm hình thái

Bao gốc (volva):

Dài và cao lúc nhỏ, bao lấy tai nấm Khi tai nấm trưởng thành, nó chỉ còn lại phần trùm lấy phần gốc chân cuống nấm Bao nấm là hệ sợi tơ nấm chứa sắc tố melanin tạo ra mầu đen ở bao gốc Độ đậm nhạt tùy thuộc vào ánh sáng Ánh sáng càng nhiều thì bao gốc càng đen Bao gốc giữ chức năng:

- Chống tia tử ngoại của mặt trời

- Ngăn cản sự phá hoại của côn trùng.

- Giữ nước và ngăn sự thoát hơi nước của các cơ quan bên trong

Do đóng vai trò bảo vệ, nên thành phần dinh dường của bao gốc rất ít

Cuống nấm:

Là bó hệ sợi sốp, xếp theo kiểu vòng tròn đồng tâm Khi còn non thì mềm và dòn Nhưng khi già xơ cứng lại và khó bẻ gãy Vai trò của cuống nấm là:

- Đưa mũ nấm lên cao để phát tán bào tử đi xa

- Vận chuyển chất dinh dưỡng để cung cấp cho mũ nấm Khi bào tử chínthì vai trò vận chuyển dinh dưỡng không còn nữa

Mũ nấm:

Hình nón, cũng có melanin, nhưng nhạt dần từ trung tâm ra rìa mép Bên dưới có nhiều phiến, x ế p theo dạng tia kiểu vòng tròn đồng tâm Mỗi phiến có khoảng 2.500.000 bào tử Mũ nấm cũng là hệ sợi tơ đan chéo vào nhau, rất giàu chất dinh dưỡng dự trữ, giữ vai trò sinh sản

1.10.1 Các công nghệ nuôi trồng nấm rơm trước đây

Hình 9 Quy trình nuôi trồng nấm rơm trước đây

1.11 ĐẶC ĐIỂM PHÂN VI SINH

1.11.1 Khái niệm phân vi sinh

Phân bón vi sinh vật (gọi tắt là phân vi sinh) là sản phẩm chứa một hay nhiều chủng vi sinh vật sống, đã được tuyển chọn, có mật độ đạt tiêu chẩn hiện hành Thông qua các quá trình hoạt động của chúng, sau quá trình bón vào đất tạo nên các chất dinh dưỡng mà cây trồng sử dụng được (N,P,K ) hay các hoạt chất sinh học, góp phần nâng cao năng suất hoặc chất lượng nông sản Phân vi sinh đảm bảo không góp phần nâng cao năng suất hoặc chất lượng nông sản Phân vi sinh đảm bảo không góp gây ảnh hưởng xấu đến người, động vật, môi trường sinh thái và chất lượng nông sản

Để có phân vi sinh trước hết cần phải có các chủng vi sinh vật hữu ích có hoạt lực cao và khả năng cạnh tranh cao

Ở trong đất thường sẵn có một tập đoàn vi sinh vật phong phú về mật độ

và số lượng thường từ 103 - 107 tế bào/ gam đất

Phân vi sinh là chế phẩm sinh học của các vi sinh vật sống, thời hạn sống

sót của chúng trong chế phẩm có vai trò rất quan trọng, nó phụ thuộc vào đặc

tính của mỗi chủng vi sinh vật (được gọi là tính công nghệ của chúng), thành phần và điều kiện nơi cứ trú (gọi là chất mang) Trong công tác nghiên cứu, một mục tiêu quan trọng cần đạt là kéo dài thời hạn bảo quản của phân vi sinh.

Để phân vi sinh phát huy đầy đủ hiệu quả của chúng đối với đất và cây trồng cần phải chú ý các đặc điểm sau:

Giữa vi sinh vật và cây trồng có mối liên hệ nhất định Có chủng vi sinh vật chỉ sống cộng sinh hay hội sinh với 1 hoặc 1 số cây nhất định như vi khuẩn Rhừobium japonicum chỉ sống cộng sinh với cây đậu tương, trong khi đó vi

khuẩn Rhirobium spp có thể tạo nốt sần ở cây lạc, đậu xanh, đậu đen, đậu đỏ,

vi khuẩn Rhirobium thường sống hội sinh với cây hòa thảo, lúa, lùa mì, ngô, mía, đôi khi được rễ cây chủ tiết ra các sợi tơ nhầy bao bọc tạo nên một dạng tương tự nốt sần ở rễ cây họ đậu Nhưng cũng có nhiều vi sinh vật sống tự do trong đất, ít liên quan đến cây chủ như Arotobacter Klebsiella, Aspergilus, Bacillus Vì vậy phân vi sinh cần ghi rõ đối tượng cây trồng để người sử dụng

nó sử dụng đúng theo yêu cầu

Giữa các chủng vi sinh vật cũng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau Người

ta thấy nếu bổ sung tảo Arospirilum vào chế phẩm Rhirobium thì việc hình thành nốt sần của Rhirobium sẽ tăng lên Bổ sung khuẩn phân giải lân vào chế phẩm Arospirilum cũng sẽ tăng hiệu quả của chế phẩm Đây là đặc tính đang được nghiên cứu, khai thác để nâng cao chất lượng phân vi sinh

Mặc dù vi sinh vật rất nhỏ bé nhưng trong các điều kiện thuận lợi: đủ chất dinh dưỡng, pH phù hợp, nhiệt độ môi trường tối ưu chúng sẽ phát triển cực kỳ nhanh chóng Hệ số nhân đôi của nhiều chủng chỉ là 2 - 3 giờ Ngược lại trong điều kiện bất lợi, chúng sẽ không phát triển hoặc bị tiêu diệt, dẫn đến hiệu quả của phân bị giảm sút Đe cho phân vi sinh được sử dụng rộng rãi, người ta thường chọn các chủng vi sinh vật có khả năng thích nghi rộng hoặc dùng nhiều chủng trong một loại phân

Sản xuất phân vi sinh không yêu cầu thiết bị đắt tiền, nguyên dễ tìm cho

nên giá thành rẻ.

Sau khi bón phân vi sinh cho đất và cây trồng, ngươi ta thấy mật độ vi sinh vật tăng lên rõ rệt, sau đó giảm đi dần và ổn định trong quá trình cây trồng phát triển Sau khi thu hoạch, mật độ các chủng vi sinh vật này tiến tới cân bằng trong quần thể vi sinh vật đất Để đảm bảo hiệu lực của các chủng vi sinh vật hữu ích, vẫn phải bón tiếp phân vi sinh vào đất cho các vụ trồng tiếp theo [3]

1.11.2 Các dạng phân vi sinh

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại vi sinh vật khác nhau, có thể chia thành 2 loại chính sau:

Phân vi sinh trên nền mang thanh trùng với các đặc điểm:

- Mật độ tế bào vi sinh vật tạp < 1 o6 tế bào/gam

- Thời hạn bảo quản > 6 tháng

- Vi sinh vật hữu ích được chọn lọc phải giúp cho cây trồng pháttriển tốt hơn, không ảnh hưởng xấu đến môi trường đất, con người

và các sinh vật khác cũng như chất lượng nông sản

Phân vi sinh mang trên nền chẩt mang không thanh trùng có cácđặc điểm sau:

- Mật độ tế bào vi sinh vật hữu ích đã được chọn lọc phải đạt trên 10

6 tế bào/gam

- Thời hạn bảo quản trên 3 tháng

Phân vi sinh vật giúp cho cây trồng tốt hơn, chất lượng nông sản tốt hơn Không ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái, con người và sinh vật khác

Ngoài ra phân vi sinh còn được chia thành 2 dạng: phân vi sinh dạng đặc

và phân vi sinh dạng lỏng

Từ đầu thế kỷ 20, chế phẩm phân vi sinh bón cho cây họ đậu được sản xuất dưới dạng lỏng nhưng thời hạn bảo quản ngắn, không tiện sử dụng trong sản xuất Từ những năm 50, việc sử dụng than bùn làm chất mang đã giúp cho phân vi sinh dạng rắn ra đời Lúc này phân vi sinh có thể bảo quản tới 6 - 12 tháng, lại dễ vận chuyển cho nên được phát triển mạnh vào những năm 80 của thế kỷ 20 Công nghệ mới nhằm xử lí sự sống sót của vi sinh vật trong chất lỏng

đã tạo điều kiện để sản xuất phân vi sinh dạng lỏng Dạng phân này có thể chứa nhiều chủng, mật độ cao, có thời hạn bảo quản lâu, lại dễ vận chuyển và sử dụng

1.11.3 Vai trò của phân vi sinh

• Phân vi sinh góp phần xây dựng nền nông nghiệp bền vững

Phân bón là yếu tốt quan trọng trong sản xuất nông nghiệp Từ đầu thế kỷ

20, việc sản xuất và sử dụng phân vô cơ đã góp phần quan trọng nâng cao sản lượng nông sản, giải quyết nạn đói cho nhân loại Nhưng sau hơn một nửa thế

kỷ sử đụng rộng rãi đến mức lạm dụng phân hóa học, các nước tiên tiến trên thế giới chợt nhận ra mặt trái của vấn đề là các chất hóa học dùng trong nông

nghiệp đã gây ô nhiễm môi trường trầm trọng và đã ảnh hưởng đến chất lượng nông sản.

Để sản xuất phân vô cơ cần sử dụng một lượng lớn nhiên liệu: than, dầu Quá trình thiêu đốt các loại nhiên liệu đã tạo ra hàng triệu tấn khí độc hại thả vào khí quyển và hàng tỷ m3 đổ vào nguồn nước Nguồn khí, nguồn nước này đã góp phần làm ô nhiễm môi trường sinh thái của Trái đất, tăng cường hiệu ứng nhà kính

Sử dụng phân vô cơ lâu ngày với liều lượng cao hạn chế sự đa dạng quần thế sinh vật đất, mật độ tế bào vi sinh vật giảm, sổ lượng giun đất giảm nghiêm trọng thậm chí mất đi Chính những yếu tố này làm cho đất ngày càng trở nên chai cứng, độ phì nhiêu bị suy giảm

Với liều lượng bón phân đạm vô cơ cao nhất là các phân nitrat, khả năng kháng bệnh của cây giảm, hàm lượng nitrat tồn dư trong nông sản cao, làm giảm chất lượng nông sản

Chính vì vậy trong những năm gần đây xu hướng xây dựng một nền nông nghiệp bền vững nhằm nâng cao năng suất nông sản nhưng vần giữ được độ phì của đất lâu dài đang được phát triển sử dụng cân đối giữa phân vô cơ, phân hữu

cơ ( phân chuồng, phân xanh ) và phân vi sinh là một nội dung quan trọng của nền nông nghiệp phát triển bền vững

Phân hữu cơ nói chung và phân vi sinh nói riêng có những ưu điểm sau nên cần mở rộng sản xuất:

1 Cải tạo cấu trúc đất, một mặt làm tơi xốp đất mặt khác làm tăng độ mùn của đất cho nên giữ được ẩm lâu dài cho đất khiến cho đất không bị khô

2 Giúp đất không bị chai cứng nhất là sau các trận mưa hoặc tưới nước, khi nước rút đi lớp bề mặt không bị rắn chắc khiến cho quá trình trao đổi khí được dễ dàng, cây không bị đổ

3 Hệ vi sinh vật đất phát triển tốt làm cho đất ngày càng màu mờ, có nhiều đất dinh dưỡng cho cây trồng, nếu hệ vi sinh vật cố định nitơ tốt thì hàng năm cây trồng sẽ được cung cấp từ 50-100 kg nitơ dưới dạng phân bón Hệ động vật đất (giun đất ) phát triển không những làm tơi xốp đất mà phân hoặc xác của chúng làm cho đất màu mỡ hơn, nếu có 250 - 2000 con giun/m2 đất trong điều kiện nóng ẩm, giun phát triển tốt sẽ thải ra 60 tấn phân và đào các lỗ

có chiều dài 4000 - 7000 km/ha/năm.

4 Do tơi xốp nên việc làm đất (cày, bừa, làm cỏ ) dễ dàng hơn Phân vi

sinh góp phần tăng năng suất cây trồng.

- Phân vi sinh cố định nitơ đã được sử dụng dưới nhiều hình thức khác

nhau ở nhiều nước trên thế giới Hiện nay gần 100 triệu ha đất đã được bón phân vi sinh cố định nitơ Nước sử dụng nhiều nhất là Mỹ (20 triệu ha) Ỏ Việt Nam Nitragin đã được thử nghiệm và sử dụng, hiệu quả đã được khẳng định

Bảng 4: Hiệu lực của phân Nitragin đến năng suất lạc

quả/cây

Tổng số quả chắc/cây

Khôi lượng

100 quả khô(g)

Bảng 5: Hiệu quả của vi sinh vật phân giải lân với một sô loại cây khác

STT Cây trồng Chủng vi sinh vật Tăng so với đôi chứng

Phân bón hóa học ít bị làm hàng giả và được tiêu thụ tự do trên các cửa hàng,

đại lý lớn theo giá gần như ổn định và gần giống nhau Phân bón sinh học,