Nghiên cứu xử LÝ phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắN ĐỂ TẠo cồn sinh học và phân bón hữu cơ



tải về 0.67 Mb.
trang3/7
Chuyển đổi dữ liệu30.08.2017
Kích0.67 Mb.
1   2   3   4   5   6   7

Cải tạo hóa tính đất:

Phân hữu cơ là nguồn bổ sung mùn không thể thay thế cho đất. Mùn có ảnh hưởng toàn diện đến tính chất hóa học của đất.

  • Trao đổi và điều tiết dinh dưỡng của đất: Mùn kết hợp với sét tạo thành phần cơ bản của phức hệ hấp thu, điều tiết dinh dưỡng cho cây.

  • Tạo nguồn thức ăn cho cây của đất: Phần lớn các chất dinh dưỡng có trong đất nằm trong thành phần của mùn.

  • Nâng cao hiệu lực và khả năng sử dụng phân khoáng của đất: Vì mùn làm cho việc hút thức ăn qua tế bào rễ cây thuận lợi hơn.

  • Mùn kết hợp với lân tạo ra phức hệ lân mùn, làm cho lân ở trạng thái cây có thể sử dụng được mặc dù đất giàu Ca2+, Fe3+.

  • Mùn kết hợp với các chất vô cơ tạo thành phức hệ vô cơ – hữu cơ, làm giảm khả năng rửa trôi các chất dinh dưỡng.

  • Cải tạo lý tính đất:

Phân bón hữu cơ làm tăng độ ổn định của kết cấu đất nên bảo vệ được cấu trúc đất và hạn chế xói mòn. Trong đó: Phân xanh tăng độ ổn đinh kết cấu đất nhanh nhưng khả năng tạo mùn thấp nên tác dụng không bền. Còn phân chuồng có hệ số mùn hóa cao nên có khả năng ổn định được kết cấu đất nhất là khi bón với lượng lớn.

Đồng thời phân hữu cơ có ảnh hưởng đến các tính chất khác của đất như:

Chế độ ẩm: Bón phân hữu cơ có ảnh hưởng tốt đến chế độ ẩm của đất. do chất hữu cơ mà phân hữu cơ cung cấp cho đất, có tác dụng làm cho nước mưa hay nước tưới thấm vào đất được thuận lợi hơn và giữ được nhiều nước hơn cho đất, giảm được sự bốc hơi nước từ đất và tiết kiệm được nước tưới.

Chế độ nhiệt: Bón phân hữu cơ có ảnh hưởng tốt đến chế độ nhiệt của đất do tạo ra chất mùn có màu thẫm làm tăng khả năng hấp thu và điều tiết nhiệt cho đất. Nhờ đó mà nhiệt độ trong đất ít bị thay đổi so với nhiệt độ không khí.

Chế độ khí: Bón phân hữu có có tác dụng cải tạo khí của đất, do cung cấp chất hữu cơ và mùn là những chất có tác dụng cải thiện kết cấu đất và chế độ khí của đất. Các chất này làm cho đất vốn có thành phần cơ giới nặng vốn yếm khí trở nên chặt hơn giảm bớt không khí có trong đất (Nguyễn Văn Bộ và cs., 2003).


  • Cải tạo sinh tính đất:

Bón phân hữu cơ tạo điều kiện cho tập đoàn vi sinh vật đất phát triển mạnh. Phân hữu cơ có chứa rất nhiều vi sinh vật, vì vậy khi bón phân này vào đất còn là nguồn bổ sung vi sinh vật rất đa dạng và phong phú cho đất.

Một số phân hữu cơ như: phân bắc, phân chuồng, phân gia cầm có chứa nguồn vi sinh vật rất đa dạng và phong phú, nên khi bón phân này vào đất còn có tác dụng làm tăng nhanh số lượng vi sinh vật, đặc biệt là vi sinh vật có ích cho đất.

Một số hoạt chất sinh học được hình thành trong phân hữu cơ (chất kích thích sinh trưởng, kháng sinh…) cũng có tác động tới sinh trưởng và trao đổi chất của cây (Nguyễn Văn Bộ và cs., 2003).

2.4.2. Vai trò cung cấp chất dinh dưỡng cho cây



  • Vai trò cung cấp khoáng cho cây

Theo Nguyễn Văn Bộ và cs. (2003), phân hữu có có vai trò cung cấp khoáng chất cho cây trồng. Trong thành phần của phân hữu cơ có chứa đa dạng về chủng loại các chất dinh dưỡng: từ đa lượng, trung lượng đến vi lượng. Nhưng phân hữu cơ cũng có một số nhược điểm trong cung cấp dinh dưỡng cho cây, đó là:

- Hàm lượng dinh dưỡng có trong phân hữu cơ rất thấp, thường không quá 1% đối với các yếu tố dinh dưỡng.

- Hệ số sử dụng dinh dưỡng của phân hữu cơ ở năm đầu thường không cao, thấp hơn nhiều so với phân bón hóa học, đặc biệt đối với yếu tố Nito.

- Khả năng cung cấp dinh dưỡng dưới dạng dễ tiêu cho cây thường không kịp và bấp bênh.



  • Vai trò cung cấp CO2 cho cây

Cây trồng trong quá trình quang hợp, ngoài các chất dinh dưỡng khoáng còn hấp thu một lượng khí CO2 rất lớn. Ví dụ: Để đạt năng suất 40 – 50 tấn/ha khoai tây và rau cần 200 – 300 kg khí CO2/ha/ngày. Phân hữu cơ có tác dụng cung cấp CO2 cho cây trồng, càng bón nhiều càng tạo ra nhiều nguồn CO2 cho cây. Vì dưới tác động của vi sinh vật, các loại phân hữu cơ được phân giải và tạo ra nhiều khí CO2, làm giàu nguồn khí này cho phần khí của đất và lớp không khí sát mặt đất, kết quả cải thiện nguồn dinh dưỡng khí cho cây, đặc biệt là đối với những cây trồng cần nhiều CO2 (Nguyễn Văn Bộ và cs., 2003).

2.4.3. Vai trò trong vòng tuần hoàn vật chất tự nhiên và bảo vệ môi trường

Bón phân hữu cơ là hình thức can thiệp tích cực của con người vào vòng tuần hoàn trong tự nhiên. Vì phần lớn các chất dinh dưỡng được cây trồng hút từ đất, phân bón và khí quyển (thông qua cây bộ đậu). Những sản phẩm của cây trồng ấy được sử dụng làm thức ăn cho chăn nuôi và người. Sau đó lại thải một phần khá lớn ra ngoài theo phân chuồng, phân bắc, phân gia cầm… Vì vậy, cùng với việc bón phân khoáng, bón các loại phân bón hữu cơ là trả lại đáng kể các chất mà cây trồng lấy đi từ đất, giảm việc sử dụng phân khoáng và khả năng hủy hoại đất.

Các loại phân hữu cơ (phân chuồng, phân gia cầm, phân bắc, phân rác…) còn là các chất phế thải của các hoạt động sống của con người. Nếu các loại phân này không được xử lý một cách khoa học và hợp lý sẽ gây ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng phân hữu cơ làm phân bón trong nông nghiệp, còn là biện pháp xử lý nguồn gây ô nhiễm môi trường rất hợp lý, hiệu quả đối với toàn xã hội (Nguyễn Văn Bộ và cs., 2003).

2.5. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SẢN XUẤT CỒN SINH HỌC VÀ XỬ LÝ PHẾ THẢI THÀNH PHÂN BÓN HỮU CƠ

2.5.1. Cơ sở khoa học của việc phân giải chuyển hóa chất hữu cơ và thủy phân nguyên liệu

Thành phần chủ yếu của bã thải sau sản xuất tinh bột sắn là xenlulo và tinh bột. Các loại chất hữu cơ này dễ dàng bị phân hủy và chuyển hóa bởi vi sinh vật do khả năng tiết enzym ngoại bào của chúng.

2.5.1.1. Xenlulo và vi sinh vật phân giải xenlulo

Xenlulo:

Xenlulo là thành phần chủ yếu của vách tế bào thực vật và chiếm 50% tổng lượng hydrocacbon trên Trái đất. Ngoài thực vật, xenlulo cũng là nguồn chủ yếu trong các phế phụ phẩm nông nghiệp và sản xuất chế biến. Xenlulo là polysacarit được cấu tạo từ các gốc β – D – Glucozo liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-glucozit. Mức độ polyme hóa của xenlulo rất cao tới 10.000 – 14.000 đơn vị glucoza/phân tử. Số lượng lớn liên kết hydro nội phân tử làm cho phân tử xenlulo có độ cứng và vững chắc (Sin R.G.H, 1951).

Liên kết glucozit không bền với axit, xenlulo dễ bị phân hủy bởi axit và tạo thành sản phẩm phân hủy không hoàn toàn là hydro – xenlulo có độ bền cơ học kém hơn xenlulo nguyên thủy, còn khi thủy phân hoàn toàn thì sản phẩm tạo thành là D – glucozo.

Về bản chất hóa học, xenlulo là một rượu đa chức có phản ứng với kiềm hay kim loại kiềm tạo thành xenlulo – ancolat. Nguyên tử hydro ở các nhóm OH bậc một và bậc hai trong phân tử xenlulo cũng có thể bị thay đổi bởi các gốc - metyl, - etyl,… tạo ra những chất có độ kết tinh và độ hòa tan trong nước khác nhau.

Xenlulo cũng bị oxy hóa bởi một số tác nhân tạo thành sản phẩm oxy hóa một phần là oxy – xenlulo. Tác nhân oxy hóa chọn lọc nhất là axit iodic (HIO4) và muối của nó. Xenlulo không tan trong nước, dung dịch kiềm làm trương phồng mạch xenlulo và hòa tan một phần xenlulo phân tử nhỏ. Đặc biệt, xenlulo dễ hòa tan trong dung dịch đồng amin hydrat (Cu(NH3)4(OH)2), và hàng loạt các dung dịch là các phức chất của đồng, niken, cadimi, kẽm… (Sin R.G.H, 1951).

Hình 2.1. Cấu trúc của xenlulo



Vi sinh vật phân giải xenlulo:

Vi sinh vật có khả năng phân giải xenlulo là những vi sinh vật có khả năng tổng hợp được hệ enzym xenlulaza. Hệ enzym xenlulaza gồm 3 loại enzym khác nhau:

Exoglucanaza (1,4 – β – D glucaxenloniohydrolaza, C1, EC 3.2.1.91), tác dụng lên xenlulo, cắt các đơn vị xenlobioza khỏi các đầu không khử của chuỗi xenlulo, không tấn công các xenlulo thay thế, có thể thủy phân xenlodextrin nhưng không thủy phân xenlobioza.

Endoglucanase (1,4 – β – D glucanohydrolaza, Cx, EC 3.2.1.4), thủy phân liên kết 1,4 glucozit bên trong phân tử xenlulo một cách tùy tiện, nó không tấn công xenlobioza nhưng thủy phân xenlodextrin. Enzym này phân giải mạnh xenlulo hòa tan nhất là dạng xenlulo vô định hình nhưng hoạt động.

β-glucosidase (β – D glucozit glucohydrolaza) hay xenlobioza EC 3.2.1.21 cắt các xenlobioza tạo thành bởi C1 và Cx thành gluco, không tấn công xenlulo hay xenlodextrin bậc cao (Lê Văn Lương, 2001).

Trong tự nhiên có rất nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân giải xenlulo nhờ hệ enzym xellulaza ngoại bào:

Nấm mốc (Aspergillus, Fasarium, Mucor, Tricoderma…) có cấu tạo hệ sợi, sinh sản chủ yếu bằng bào tử. Chúng phát triển mạnh ở nhiệt độ 25 - 30ºC và pH = 6,5 – 7,0; chúng có khả năng phân giải cenlulose mạnh nhờ có khả năng sinh tổng hợp enzym rất cao (Sheela Srivastava et al., 2003).

Nhiều loại vi khuẩn cũng có khả năng phân giải xenlulose tuy nhiên cường độ không mạnh bằng nấm. Do đó để quá trình phân hủy có hiệu quả cao thì các nhóm vi sinh vật phải phối hợp với nhau để phân giải cơ chất trong mối quan hệ tương hỗ, thông thường bao gồm các vi sinh vật như sau: Pseudomonas, Xenlulomonas, Achromonobacter, Clostridium, Ruminoccus. Xạ khuẩn cũng góp phần tích cực trong chuyển hóa cenllulose. Các chủng xạ khuẩn được ứng dụng phổ biến hiện nay là các chủng thuộc chi Streptomyces. Ngoài ra, một số nấm men cũng có khả năng sinh enzym phân hủy cenlulose như: Candila, Saccharomyces… (Sheela Srivastava et al., 2003).



2.5.1.2. Hemixenlulo và vi sinh vật phân giải hemixenlulo

Hemixenlulo:

Hemixenlulo là một phần polysaccarit thường gặp trong vách tế bào thực vật với hàm lượng lớn, chỉ sau xenlulo, Xylan là một loại hemixenlulo phổ biến nhất trong tự nhiên. Xenlulo và Hemixenlulo được hình thành không chỉ từ một đường mà nhiều loại đường khác nhau, thậm chí cả từ axit urnoic của chúng (Sin R.G.H, 1951).

Khác với xenlulo, phân tử hemixenlulo nhỏ hơn nhiều, thông thường không quá 150 gốc đường được nối với nhau không chỉ bằng liên kết -1,4 mà còn bằng liên kết – 1,3 và – 1,6 glucozit để tạo ra mạch ngắn và phân nhánh (Sin R.G.H, 1951).

Vì độ polyme thấp, phân nhánh và hỗn hợp nhiều đường nên hemixenlulo không có cấu trúc chặt chẽ như ở xenlulo và độ bền hóa lý cũng thấp hơn. Hemixenlulo dễ tan trong dung dịch kiềm, trong nước nóng và dễ bị phân hủy bởi axit loãng (Sin R.G.H, 1951).



Vi sinh vật phân giải hemixenlulo:

Khi nghiên cứu hemixenlulo, người ta thấy chúng giống với xenlulo về cấu tạo, liên kết hóa học và cấu trúc đại phân tử. Nhiều tác giả cho rằng, hemixenlulo có tính chất tương đồng với xenlulo về cơ chế tác động và tính chất cảm ứng tổng hợp.

Đa số vi sinh vật có khả năng tổng hợp xenlaza, cũng có khả năng tổng hợp xylanaza để phân hủy xylan. Khả năng này thường tìm thấy ở vi sinh vật trong dạ dày của động vật nhai lại như: Baccilus, Bacteriodes, Ruminococus và các vi khuẩn thuộc chi Clostridium.

Ngoài ra, một số loài nấm sợi như: Mycotheciumverrucria, Chactomiun,… một số loài nấm xốp trắng cũng có khả năng phân giải hemixenlulo như: Aspergillus fumigatus, Corrodusversicolor,… và nhóm xạ khuẩn Streptomyces và Vi khuẩn Pseudomonas, Baccilus… (Gaur A.C, 1980).



2.5.1.3. Tinh bột và vi sinh vật phân giải tinh bột

Tinh bột:

Tinh bột là chất dự trữ quan trọng của thực vật. Tinh bột là một loại polisaccarit được cấu tạo bởi hai thành phần là amyloza và amylopectin.

Amyloza tan trong nước nóng, chiếm khoảng 25% trong thành phần của tinh bột. Amyloza chứa 0,03% photpho, bắt màu xanh với dung dịch iốt, nhưng bị mất màu khi đun nóng. Chúng được cấu tạo bởi gốc  – D – glucopiranoza liên kết với nhau qua dây nối 1 – 4 glucozit và tạo thành mạch thẳng không phân nhánh.

Amylopectin chiếm 75% trong thành phần của tinh bột, chứa 0,1 – 0,8% photpho, bắt màu tím hay màu đỏ tím với dung dịch iốt. Amylopectin tạo thành hồ keo trong nước nóng. Chúng được tạo thành bởi các gốc  – D – glucopiranoza và liên kết với nhau qua dây nối 1 – 4 glucozit và dây nối 1 – 6 glucozit, vì vậy chúng có cấu tạo phân nhánh.



Vi sinh phân giải tinh bột:

Tinh bột là chất hữu cơ khó phân giải trong tự nhiên, tuy nhiên có nhiều loại vi sinh vật có khả năng sinh ra enzym amylaza ngoại bào để xúc tác cho quá trình phân giải tinh bột thành các phần đơn giản hơn. Một số loại vi sinh vật điển hình như: Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Bacillus subtilis, Clostridium acebutylicum,.. (Sheela Srivastava et al., 2003).

Phương trình tổng quát về quá trình phân giải tinh bột (Lê Trung Sơn, 2008) như sau:

m(C6H10O5)n H2O n(C6H10O5)m

(Tinh bột) Amylaza (Dextrin)

2(C6H10O5)m + H2O Amylaza mC12H22O11



(Dextrin ) (Mantozo)

3C12H22O11 + 3H2O Mantaza 6C6H12O6



(Mantozo ) (Glucozo)

2.5.1.4. Vai trò của vi sinh vật trong quá trình lên men cồn sinh học

Quá trình lên men cồn:

Phương trình tổng quát về lên men cồn như sau:

C6H12O6 2 C2H5OH + 2CO2 + Q

Theo Pasteur, sự lên men chỉ xảy ra khi có mặt vi sinh vật. Nếu ngăn cản không cho vi sinh vật tiếp xúc với dịch đường thì hiện tượng lên men sẽ không xảy ra. Như vậy, sự lên men cồn là một quá trình sinh học có sự liên hệ mật thiết tới hoạt động của tế bào men.

Cơ chế lên men cồn xảy ra như sau: Đường và các chất dinh dưỡng được hấp thụ qua bề mặt tế bào rồi thẩm thấu bên trong. Ở đó các enzym sẽ tác dụng qua nhiều giai đoạn trung gian để tạo ra sản phẩm chính là cồn và khí cacbonic. Hai chất này đều khuếch tán vào môi trường xung quanh. Cồn do rất linh động nên hòa tan nhanh trong dung dịch men, còn khí cacbonic hòa tan kém hơn và khuếch tán chậm. Lúc đầu CO2 hòa tan hoàn toàn, dần dần tạo thành các bọt khí bám quanh tế bào men và lớn dần tới mức lực đẩy Ác-si-mét lớn hơn khối lượng tế bào men cộng bọt khí. Lúc đó tế bào cùng bọt khí nổi lên, khi tới bề mặt các bọt khí sẽ tan vỡ và tạo thành tiếng rào rào (người ta thường gọi là men ăn). Bọt khí tan, tế bào men lại chìm dần, tiếp xúc với dịch đường để hấp thụ và lên men rồi lại sinh ra cồn và khí carbonic. Như vậy, tế bào nấm men từ chỗ là vi sinh vật không chuyển động đã biến thành tế bào luôn chuyển động trong quá trình lên men. Nhờ đó mà tăng nhanh tốc độ hấp thụ và chuyển hóa đường thành cồn. Khi đường và các chất dinh dưỡng trong môi trường còn ít, một lượng lớn tế bào men sẽ lắng xuống đáy thùng làm dịch lên men sẽ trong dần (Nguyễn Văn Chín, 2013).

Nấm men có thể lên men trong dịch đường có nồng độ 25 – 30% nhưng chậm. Nồng độ thích hợp cho đa số nấm men dùng trong sản xuất cồn là 15 – 18%. Nồng độ cao thì áp suất thẩm thấu sẽ lớn do ảnh hưởng xấu tới hiệu quả lên men, quá trình lên men sẽ kéo dài và đường sót lại trong giấm chín sẽ tăng. Nếu lên men ở nồng độ đường thấp cũng không có lợi vì tổn thất do tạo men tăng. Ví dụ khi lên men dịch đường có nồng độ 16,9% thì tổn thất đường do tạo men chiếm 6% so với lượng đường trong dung dịch; nếu nồng độ đường là 8,6% thì tổn thất do tạo men chiếm tới 9,84%. Mặt khác, lên men ở nồng độ thấp sẽ làm giảm năng suất của thiết bị, tốn nhiều hơn khi chưng cất và làm tăng tỷ lệ cồn tổn thất trong nước thải.

Khi lên men, có khoảng 95% đường biến thành cồn và CO2 còn 5% là tạo các sản phẩm khác và đường sót.

Lên men thường được tiến hành ở nhiệt độ 28 - 32ºC và pH = 4,5 – 5,2. Ở nhiệt độ cao thì tổn thất đường trong quá trình lên men sẽ lớn do tạp khuẩn dễ phát triển, tạo nhiều este aldehyt. Khi lên men ở 29,5ºC, tổn thất do lên men là 7,37%; ở 17,5 ºC là 5,32%. Xét về ảnh hưởng của pH thì tổn thất sẽ ít nhất khi lên men ở pH = 4,4. Nếu tăng pH thì tổn thất sẽ tăng nhanh và nhiều hơn so với giảm pH. Khi giảm pH từ 5,6 xuống 4,42 thì hiệu suất lên men sẽ tăng 2,3%.

Trên đây mới đề cập đến một vài yếu tố có ảnh hưởng nhiều tới kết quả lên men nhưng còn xét ở các trường hợp riêng rẽ. Trong thực tế, các yếu tố ảnh hưởng có liên quan mật thiết và chi phối lẫn nhau, vì vậy khi xem xét một trường hợp cụ thể ta cần đặt chúng trong một thể thống nhất, phải căn cứ vào điều kiện cụ thể, trang thiết bị,… để định ra chế độ phù hợp nhằm đạt hiệu quả cao nhất (Nguyễn Đình Thưởng, 2000).

Nấm men trong sản xuất cồn:

Trong sản xuất cồn, rượu vang và bia, người ta hay dùng loại Saccaromyces và chia thành: Nấm men nổi và nấm men chìm. Cách phân biệt này là do sự khác nhau trong giai đoạn lên men. Đặc điểm nổi bật của nấm men chìm là một số chủng có chứa enzym α-galactozidaza có khả năng lên men hoàn toàn rafinoza. Còn đối với nấm men nổi thì chỉ một số ít chủng có khả năng chuyển hóa đường rafinoza thành cồn và cacbonic, đường được chuyển hóa chỉ vào khoảng 1/3 tổng số đường.

Đa số nấm men bia và rượu vang đều thuộc nấm men chìm. Còn men rượu, men bánh mì và số ít men bia thuộc nấm men nổi.

Yêu cầu chung của nấm men dùng trong sản xuất cồn là phải có năng lực lên men mạnh, biến đường thành cồn nhanh và hoàn toàn, đồng thời phải ổn định và chịu được những biến đổi của môi trường, đặc biệt là yếu tố nhiệt độ (Cao Đình Khánh Thảo, 2007).

2.5.2. Cơ sở khoa học của việc sản xuất phân bón hữu cơ

Việc ứng dụng công nghệ sinh học, đặc biệt là công nghệ vi sinh vật trong xử lý chất thải hữu cơ làm phân bón hữu cơ sinh học tại Việt Nam đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây. Trong đó, ứng dụng chế phẩm vi sinh vật trong xử lý rác thải và phế thải nông nghiệp, công nghiệp chế biến nông sản ở Việt Nam đã được nghiên cứu và triển khai áp dụng tương đối rộng rãi.

Độ ẩm cho hầu hết các quá trình ủ phân hữu cơ là 50 – 70% (w/w). Tất cả các giai đoạn ủ, mật độ nấm khá cao. Nấm Mesophilic và Thermophilic bị chết bởi nhiệt độ tăng cao trong quá trình ủ. Trong một số trường hợp, mật độ vi khuẩn Thermophilic và Actinomyces sẽ chiếm mật độ nhiều hơn mật độ vi khuẩn Mesophilic trong suốt quá trình ủ. Vi khuẩn là thành phần quan trọng trong giai đoạn đầu và vi khuẩn metabolism sẽ chịu trách nhiệm làm tăng nhiệt độ xuất hiện trong quá trình ủ. Trong khi đó, nấm có vai trò trong giai đoạn sau.

Các chủng giống vi sinh vật thermophilic quan trọng trong quá trình ủ phân hữu cơ bao gồm: Bacillus stearothermophilus, Thermomonospora spp, Thermoactinomyces sppClostridium thermocellum while Geotrichum candidum, Aspergillus fumigatus, Mucor pusillus, Chaetomium thermophile, Thermoascus aurantiancusTorula spp. Quá trình ủ có thuận lợi là ngăn chặn nhiều mầm bệnh, tiêu diệt hạt cỏ dại và vi trùng gây bệnh trong giai đoạn ủ, tăng pH trên đất axit, tăng lượng vật liệu hữu cơ trong đất và cũng có thể giảm lượng độc tố thực vật (Nguyễn Văn Bộ và cs., 2003).

PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU



  • Học viện Nông nghiệp Việt Nam.

  • Nhà máy sản xuất tinh bột sắn xã Công Thành, huyện Yên Thành, tỉnh Nghệ An.

3.2. THỜI GIAN NGHIÊN CỨU

Từ tháng 01/2015 – tháng 12/2015.

3.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Phế phụ phẩm sau quá trình sản xuất tinh bột sắn.

- Giống vi sinh vật chịu nhiệt có khả năng phân giải chuyển hóa chất hữu cơ và lên men cồn.

- Rau xà lách (Lactuca sativa).

3.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung 1: Điều tra tình hình sản xuất tinh bột sắn và xử lý phế thải sau sản xuất tinh bột sắn trên địa bàn tỉnh Nghệ An.

Nội dung 2: Đặc điểm của phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn.

Nội dung 3: Tuyển chọn các chủng giống vi sinh vật chịu nhiệt có khả năng phân giải chuyển hóa chất hữu cơ và lên men tạo cồn sinh học cao.

Nội dung 4: Thử nghiệm tiền xử lý nguyên liệu (phế thải sau sản xuất tinh bột sắn) và lên men tạo cồn sinh học, xác định hiệu quả sinh cồn.

Nội dung 5: Tái chế bã thải sau lên men cồn thành phân bón hữu cơ. Đánh giá chất lượng phân hữu cơ.

Nội dung 6: Đánh giá hiệu quả của phân bón hữu cơ trên cây rau xà lách với các chỉ tiêu như: Sự sinh trưởng và phát triển của cây rau, tính chất đất trước và sau thí nghiệm.

3.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.5.1. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp

+ Báo cáo hoạt động sản xuất kinh doanh năm 2014 và kế hoạch phát triển sản xuất năm 2015 của nhà máy sản xuất tinh bột sắn xã Công Thành, huyện Yên Thành, tỉnh Nghệ An.

+ Báo cáo hoạt động sản xuất kinh doanh năm 2014 và kế hoạch phát triển sản xuất năm 2015 của nhà máy sản xuất tinh bột sắn Intimex Thanh Chương, tỉnh Nghệ An.

3.5.2. Phương pháp phân tích thành phần phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn

Phân tích thành phần chủ yếu của phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắn theo các phương pháp thông dụng hiện hành:

+ Định lượng protein bằng phương pháp Kjedahl;

+ Định lượng tinh bột theo phương pháp thủy phân bằng axit;

+ Định lượng đường tổng số theo phương pháp Ixekutz,…

3.5.3. Phương pháp tuyển chọn các chủng giống VSV

Tuyển chọn các chủng giống vi sinh vật bằng phương pháp đánh giá trực tiếp đặc tính sinh học và khả năng phân giải chuyển hóa và lên men chất hữu cơ trong phế thải.

+ Xác định hoạt tính enzym phân giải theo phương pháp khuếch tán phóng xạ trên đĩa thạch (Wiliam, 1983):

Nuôi dịch chiết: Nuôi cấy VSV trên 9ml dung dịch môi trường chuyên tính với một vòng que cấy chứa vi sinh vật, đưa lên máy lắc ở 150 vòng/phút. Sau 72 giờ đối với vi khuẩn, 96 giờ đối với nấm và xạ khuẩn, dịch nuôi cấy được đánh giá khả năng phân giải enzym.

Chuẩn bị môi trường:

Bảng 3.1. Môi trường xác định hoạt tính enzyme



Enzym

Amylaza

Proteaza

Xenlulaza

Hóa chất

Tinh bột

Thạch

Gelatine

Thạch

Xenluloza

Thạch

Tỷ lệ

0,2%

1,5%

0,3%

1,5%

0,2%

1,5%

Màu

Màu tím

Màu trắng trong

Màu vàng chanh

Đường kính

D = D – d (mm)

Môi trường đem hấp ở 121°C, áp suất 1 atm trong vòng 20 phút, đổ ra đĩa petri với lượng môi trường dày 2mm và để nguội. Dùng miệng ống nghiệm đã khử trùng đục 3 lỗ trên 1 đĩa thạch với đường kính 13 mm.

Nhỏ dịch: Hút 0,2 ml dịch thể nhỏ vào các lỗ thạch đã đục. Đặt đĩa petri trong tủ lạnh 6 giờ để enzyme khuếch tán trên đĩa thạch, sau đó đặt vào tủ nuôi ở nhiệt độ 28°C trong 48 giờ rồi đem nhuộm bằng dung dịch lugol, sau khi xuất hiện vòng phân giải đem đo đường kính và khả năng phân giải được tính bằng hiệu giữa đường kính vòng phân giải và đường kính lỗ thạch.

+ Xác định khả năng lên men theo phương pháp định tính: Phản ứng sinh CO2 trong ống Durham và bắt màu chỉ thị.

+ Phương pháp định tên vi sinh vật: Giống vi sinh vật được định tên bằng phương pháp quan sát hình thái theo khóa phân loại và phản ứng sinh hóa đặc trưng (Cambell, 1971; Schipper, 1979; Peter, 1991; Klicke, 2004; Bergay’s, 2009).

+ Sinh khối vi sinh vật được xác định bằng phương pháp ly tâm và cân trọng lượng khô.

Xử lý phế thải (phương pháp bán hảo khí) và lên men bằng vi sinh vật (theo phương pháp yếm khí) theo Nguyễn Thị Minh và cs. (2012).

Thí nghiệm gồm 2 Công thức (CT) với 5 lần lặp lại như sau:

CT1: Đối chứng;

CT2: Xử lý bằng tổ hợp vi sinh vật.

Quá trình lên men được thực hiện trong bình thủy tinh 1L có gắn nút mài và ống dẫn lưu. Giống VSV được bổ sung gián đoạn 2 lần vào lúc tiền xử lý và bắt đầu lên men (Nguyễn Thị Minh và cs., 2012).

3.5.4. Xác định tỷ lệ cồn tạo thành bằng thiết bị Gas chromatograph

Mẫu là dung dịch cồn tiêu chuẩn được bơm vào trong và theo dòng khí mang đưa đến cột sắc ký (pha tĩnh). Mẫu khi qua cột này sẽ được hấp phụ lên trên pha tĩnh đó. Sau đó, các chất lần lượt tách khỏi cột theo dòng khí ra ngoài được ghi nhận bởi đầu dò. Từ các tín hiệu nhận được máy tính sẽ xử lý và biểu hiện kết quả bằng sắc ký đồ. Các chất được xác định nhờ giá trị thời gian lưu trên sắc ký đồ.

Sau khi phân tích xong, dữ liệu sẽ được in ra qua máy in kết nối với máy tính có cài phần mềm điều khiển.

3.5.5. Đánh giá chất lượng của phân bón hữu cơ tái chế từ bã thải sau lên men theo các phương pháp thông dụng hiện hành (Thông tư 41/2014/TT-BNNPTNT)

Xác định độ ẩm bằng phương pháp điện trở;

Xác định hàm lượng OC theo phương pháp Chiurin;

Xác định N tổng số bằng phương pháp Kjedahl;

Xác định P tổng số theo phương pháp thủy phân bằng axit;

Xác định K tổng số theo phương pháp quang kế;

Xác định hàm lượng P dễ tiêu bằng phương pháp trắc quang;

Xác định hàm lượng K dễ tiêu bằng phương pháp khối lượng;

Xác định hàm lượng VSV E.coli và VSV phân giải xelulo theo phương pháp đếm khuẩn lạc.

3.5.6. Đánh giá hiệu quả của phân bón hữu cơ trên cây rau xà lách

Diện tích mỗi ô thí nghiệm là 6 m2 và được bố trí theo 3 công thức với 3 lần nhắc lại:

CT1: Đối chứng (Không bón phân).

CT2: Đối chứng bón phân theo phương pháp thâm canh thông thường (lượng phân đạm sử dụng là 83 g/m2).

CT3: Bón phân bón hữu cơ (Bón lót và bón thúc với lượng phân hữu cơ sử dụng là 1162 g/m2).

Sơ đồ bố trí thí nghiệm được bố trí như sau:



CT1

CT2

CT3

CT2

CT3

CT1

CT3

CT1

CT2



1   2   3   4   5   6   7


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương