Nghiên cứu sử dụng nước thải sau chưng cất cồn để sản suất chế phẩm BIO-HR dùng trong chăn nuôi

TẠP CHÍ SINH HỌC, 2012, 34(3SE): 132-136<br /> <br /> NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NƯỚC THẢI SAU CHƯNG CẤT CỒN<br /> ĐỂ SẢN SUẤT CHẾ PHẨM BIO-HR DÙNG TRONG CHĂN NUÔI<br /> Võ Thị Hạnh1*, Lê Thị Bích Phượng1, Trần Thạnh Phong1,<br /> Lê Tấn Hưng1, Trương Thị Hồng Vân1, Lê Thị Hương1, Tô Thanh Hằng2<br /> (1)<br /> <br /> Viện Sinh học nhiệt đới, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, (*)hanhthunhan@gmail.com<br /> (2)<br /> Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh<br /> <br /> TÓM TẮT: Nước thải sau chưng cất cồn (NTSCCC) của nhà máy rượu Bình Tây được sử dụng làm môi<br /> trường nuôi cấy giống hỗn hợp vi sinh vật (VSV) có ích tạo chế phẩm sinh học BIO-HR. Chế phẩm BIOHR chứa mật độ tế bào Bacillus sp. ≥ 107 CFU/ml, Lactobacillus sp. ≥ 107 CFU/ml, Saccharomyces sp. ≥<br /> 106 CFU/ml, pH 4-5, không chứa Coliforms, có mùi thơm và vị chua và bảo quản được trong thời gian<br /> trên một tháng. Hiệu quả sử dụng của chế phẩm BIO-HR (2,5 ml Bio-HR/lít nước) cho gà Lương Phượng<br /> 3 tuần tuổi uống, sau 8 tuần nuôi, tăng trọng bình quân (kg/con) cao hơn lô đối chứng 30%; hệ số tiêu tốn<br /> thức ăn (FCR) thấp hơn lô đối chứng 16%. Vì vậy, các nhà máy sản xuất cồn thay vì tốn chi phí để xứ lý<br /> toàn bộ nước thải, có thể tận dụng NTSCCC để sản xuất chế phẩm sinh học giàu VSV có ích, tạo thêm<br /> việc làm cho người lao động và tăng lợi nhuận cho nhà máy; giúp người chăn nuôi mua được chế phẩm<br /> sinh học giá rẻ và hiệu quả sử dụng cao.<br /> Từ khóa: Bacillus, Coliforms, Lactobacillus, Saccharomyces, chăn nuôi, vi sinh vật có ích.<br /> MỞ ĐẦU<br /> <br /> Tính trung bình, lượng nước thải của các<br /> nhà máy sản xuất ethanol gấp 10 lần thể tích<br /> ethanol thành phẩm. Tùy thuộc vào loại nguyên<br /> liệu và qui mô sản xuất ethanol mà các nhà máy<br /> lựa chọn các phương pháp tái sử dụng và xử lý<br /> khác nhau.<br /> Nước thải chưng chất cồn từ nguyên liệu<br /> tinh bột (bắp, lúa miến, lúa mạch, lúa mì, khoai<br /> tây...) có giá trị dinh dưỡng cao, gồm tế bào<br /> nấm men tự phân giải, giàu các vitamin nhóm<br /> B, protein thô (1-4%, dựa trên chất khô), chất<br /> xơ, các axít amin và các chất khoáng [4].<br /> Ở Hoa Kỳ, ethanol được sản xuất từ tinh bột<br /> ngô, trung bình 25,4 kg bột ngô sản xuất ra 10,6<br /> lít ethanol, 8,2 kg bã rượu khô và 8,2 kg<br /> CO2 [5]. Chất thải sau chứng cất cồn được ly<br /> tâm để tách nước, phần chất rắn khoảng 65% độ<br /> ẩm, gọi là bã rượu ướt, hoặc được sấy khô gọi là<br /> bã rượu khô, phần chất lỏng được cô đặc và<br /> phối trộn lại với bã rượu ướt. Tất cả các loại bã<br /> rượu được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi [3].<br /> Nước thải chưng cất cồn từ tinh bột còn được<br /> sử dụng để sản xuất phân bón hữu cơ [6], nhân<br /> sinh khối Lactobacillus sakei CY1 [8] và<br /> Saccharomyces cerevisiae [5].<br /> Công ty cổ phần rượu Bình Tây có dây<br /> <br /> chuyền công nghệ sản xuất cồn thực phẩm tiên<br /> tiến, sử dụng nguyên liệu tinh bột gạo và một<br /> phần nhỏ tinh bột khoai mì qui mô 20.000<br /> lít/ngày, NTSCCC (100-200 m3 /ngày) được cho<br /> qua máy lọc khung bản để tách nước, phần chất<br /> rắn dạng bột nhão được bán giá rẻ làm thức ăn<br /> gia súc, phần nước được cho qua hệ thống xử lý<br /> nước thải theo phương pháp sinh học (vốn đầu<br /> tư 16 tỉ đồng) đạt tiêu chuẩn loại A trước khi<br /> thải ra môi trường. Tuy nhiên, chi phí để vận<br /> hành hệ thống xử lý nước thải rất cao (khoảng<br /> 35.000 đ/khối nước thải).<br /> Vì vậy, mục đích của nghiên cứu này là tận<br /> dụng NTSCCC của nhà máy rượu Bình Tây làm<br /> môi trường nuôi cấy hỗn hợp VSV có ích, tạo<br /> chế phẩm sinh học giá rẻ dùng trong chăn nuôi.<br /> PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> <br /> Vật liệu<br /> Nước thải sau chưng cất cồn được lấy từ<br /> nhà máy rượu Bình Tây, và được gửi phân tích<br /> các chỉ tiêu: chất khô (%), đạm thô (%), tinh bột<br /> (%), xơ thô (%), P, K, Mg và Coliforms.<br /> Giống VSV có ích: chứa hỗn hợp các chủng<br /> Bacillus spp. 109 CFU/ml, Lactobacillus spp.,<br /> 109 CFU/ml và Saccharomyces spp. 108<br /> CFU/ml (được sản xuất tại Pilot Công nghệ vi<br /> sinh, Viện Sinh học nhiệt đới).<br /> 132<br /> <br /> Vo Thi Hanh et al.<br /> <br /> Qui trình sản xuất chế phẩm BIO-HR<br /> Giống VSV có ích → Môi trường NTSCCC<br /> (rỉ đường mía 2% w/v) → Lên men tĩnh 3-5<br /> ngày ở nhiệt độ phòng → đóng chai: chế phẩm<br /> Bio-HR [2]. Theo dõi các chỉ tiêu: mật độ tế bào<br /> Bacillus spp., vi khuẩn lactic, nấm men, pH,<br /> Coliforms, mùi vị của các dịch nuôi cấy (sản<br /> xuất 3 mẻ).<br /> Xác định mật độ tế bào VSV: bằng phương<br /> pháp đếm khuẩn lạc trên môi trường chọn lọc<br /> [1].<br /> Thử nghiệm hiệu quả chế phẩm Bio-HR trên<br /> gà Lương Phượng<br /> Chế phẩm BIO-HR được thử nghiệm trên gà<br /> Lương Phượng từ 3 tuần tuổi bằng cách pha với<br /> nước sạch cho gà uống, thử nghiệm được chia<br /> lô ngẫu nhiên, mỗi lô 30 con (đồng đều giới<br /> tính, trọng lượng và khỏe mạnh), tại Trung tâm<br /> <br /> Nông Lâm Ngư, Đại học Nông lâm tp. Hồ Chí<br /> Minh theo các công thức như sau: lô 1 (đối<br /> chứng): Cám hỗn hợp Con Cò; Lô 2: Cám hỗn<br /> hợp Con Cò + Chế phẩm BIO-HR (2,5 ml/lít<br /> nước uống); lô 3: Cám hỗn hợp Con Cò + Chế<br /> phẩm BIO-HR (5,0 ml/lít nước uống); Lô 4:<br /> Cám hỗn hợp Con Cò + Chế phẩm Bio-HR (7,5<br /> ml/lít nước uống).<br /> Theo dõi các chỉ tiêu tăng trọng trung<br /> bình, thức ăn tiêu tốn và hệ số tiêu tốn thức ăn<br /> (kg thức ăn/kg thể trọng) sau 8 tuần nuôi. Số<br /> liệu thu được của các công thức được phân tích<br /> biến lượng (ANOVA) đơn yếu tố để đánh giá sự<br /> khác biệt ở mức P ≤ 0,05, thao tác trên phần<br /> mềm MINITAB 16 for Window.<br /> KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> <br /> Thành phần lý hóa sinh của nước thải sau<br /> chưng cất cồn<br /> <br /> Bảng 1. Các chỉ tiêu phân tích của nước thải sau chưng cất cồn<br /> Chỉ tiêu<br /> pH<br /> Chất khô (%)<br /> Đạm thô (g/l)<br /> Tinh bột (g/l)<br /> Xơ thô (g/l)<br /> P (mg/l)<br /> K (mg/l)<br /> Mg (mg/l)<br /> Coliforms<br /> <br /> Hàm lượng<br /> 3,9<br /> 1,82<br /> 12,25<br /> 1,03<br /> 1,35<br /> 222,59<br /> 164,62<br /> 27,23<br /> Không phát hiện<br /> <br /> Bảng 1 cho thấy, thành phần NTSCCC của<br /> nhà máy rượu Bình Tây gồm đạm thô (12,25<br /> g/l), P (222,59 mg/l), K (164,62 mg/l) và không<br /> có Coliforms nên thích hợp cho các chủng VSV<br /> có ích sinh trưởng.<br /> Sản xuất chế phẩm BIO-HR qui mô 10 lít/mẻ<br /> <br /> Môi trường NTSCCC được cho thùng nhựa<br /> 10 lít, cấy 5% giống hỗn hợp VSV có ích, để<br /> lên men tĩnh trong 3 ngày ở nhiệt độ phòng.<br /> Mật độ tế bào Bacillus sp., Lactobacillus sp.,<br /> Saccharomyces sp. và pH của ba đợt sản xuất<br /> được trình bày trong bảng 2.<br /> <br /> Bảng 2. Mật độ VSV có ích và pH trong chế phẩm BIO-HR (qui mô 5 lít/mẻ)<br /> Các đợt sản<br /> xuất<br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> <br /> 133<br /> <br /> Bacillus sp.<br /> (CFU/ml)<br /> 1,0 × 107<br /> 1,5 × 107<br /> 1,2 × 107<br /> <br /> Lactobacillus<br /> sp. (CFU/ml)<br /> 4,5 × 109<br /> 3,6 × 109<br /> 4,0 × 109<br /> <br /> Saccharomyces<br /> sp. (CFU/ml)<br /> 7,0 × 106<br /> 8,5 × 106<br /> 8,0 × 106<br /> <br /> Coliforms<br /> <br /> pH<br /> <br /> Không phát<br /> hiện<br /> <br /> 4,05<br /> 4,1<br /> 4,15<br /> <br /> TẠP CHÍ SINH HỌC, 2012, 34(3SE): 132-136<br /> <br /> Bảng 2 cho thấy, mật độ tế bào VSV có ích<br /> và pH của ba mẻ sản xuất tương đương nhau,<br /> Bacillus sp. (≥ 107 CFU/ml), Lactobacillus sp.<br /> (≥ 109 CFU/ml), Saccharomyces sp. ( ≥ 7,0 ×<br /> 106 CFU/ml) và pH khoảng 4 và không có<br /> Coliforms. Trong môi trường NTSCCC,<br /> Bacillus sp. phát triển trên bề mặt môi trường,<br /> sinh ra các enzyme và chất trao đổi. Đồng thời,<br /> Lactobacillus sp. lên men đường thành axít<br /> lactic làm giảm pH của môi trường, tạo điều<br /> kiện<br /> thích<br /> hợp<br /> cho<br /> nấm<br /> men<br /> <br /> (Saccharomyces sp.) lên men đường thành rượu,<br /> xảy ra phản ứng ester hoá ứng giữa axít lactic<br /> và rượu, tạo ra mùi thơm của dịch nuôi cấy.<br /> Sản xuất chế phẩm BIO-HR qui mô 100<br /> lít/mẻ<br /> Môi trường NTSCCC được cho vào bồn<br /> nhựa 100 lít, cấy 5% giống hỗn hợp VSV có<br /> ích, để lên men tĩnh trong 3 ngày ở nhiệt độ<br /> phòng. Mật độ tế bào Bacillus sp., Lactobacillus<br /> sp., Saccharomyces sp. và pH của ba đợt sản<br /> xuất được trình bày trong bảng 3.<br /> <br /> Bảng 3. Mật độ VSV có ích và pH trong chế phẩm BIO-HR (qui mô 100 lít/mẻ)<br /> Các mẻ<br /> sản xuất<br /> 1<br /> 2<br /> 3<br /> <br /> Bacillus sp.<br /> (CFU/ml)<br /> 8,5 × 106<br /> 7<br /> <br /> 1,0 × 10<br /> <br /> 6<br /> <br /> 7,5 × 10<br /> <br /> Lactobacillus<br /> sp. (CFU/ml)<br /> 3,0 × 109<br /> 9<br /> <br /> 2,5 × 10<br /> <br /> 9<br /> <br /> 2,0 × 10<br /> <br /> Bảng 3 cho thấy, mật độ tế bào Bacillus sp.<br /> (≥ 7,0 × 106 CFU/ml), Lactobacillus sp. (≥ 109<br /> CFU/ml), Saccharomyces sp. (≥ 6,0 × 106<br /> CFU/ml) và pH khoảng 4,1 trong MT NTSCCC<br /> qui mô 100 lít/mẻ tương đương với qui mô 10<br /> lít/mẻ.<br /> <br /> Saccharomyces<br /> sp. (CFU/ml)<br /> 6,0 × 106<br /> 6<br /> <br /> 7,5 × 10<br /> <br /> 6<br /> <br /> Coliforms<br /> <br /> pH<br /> 4,1<br /> <br /> Không phát<br /> hiện<br /> <br /> 7,0 × 10<br /> <br /> 4,0<br /> 4,15<br /> <br /> Theo dõi thời gian bảo quản chế phẩm<br /> Bio-HR<br /> Chế phẩm BIO-HR được đóng vào chai 1 lít và<br /> bảo quản ở điều kiện thoáng mát, tránh ánh nắng.<br /> Mật độ VSV có ích và pH của chế phẩm BIO-HR<br /> được theo dõi sau 7 đến 30 ngày bảo quản.<br /> <br /> Bảng 4. Mật độ VSV hữu ích và pH của chế phẩm BIO-HR sau 7 - 30 ngày bảo quản<br /> Thời gian<br /> bảo quản<br /> (ngày)<br /> 7<br /> 15<br /> 30<br /> <br /> Bacillus sp.<br /> (CFU/ml)<br /> <br /> Lactobacillus<br /> sp. (CFU/ml)<br /> <br /> Saccharomyces<br /> sp. (CFU/ml)<br /> <br /> 1,0 × 107<br /> <br /> 2,0 × 109<br /> <br /> 5,5 × 106<br /> <br /> 6<br /> <br /> 8<br /> <br /> 6<br /> <br /> 6,0 × 10<br /> <br /> 6<br /> <br /> 2,5 × 10<br /> <br /> 4,0 × 10<br /> <br /> 8<br /> <br /> 1,0 × 10<br /> <br /> Bảng 4 cho thấy, mật độ tế bào VSVgiảm<br /> không đáng kể và pH ổn định sau 30 ngày bảo<br /> quản ở nhiệt độ thường.<br /> Kết quả thử nghiệm hiệu quả chế phẩm BioHR trên gà Lương Phượng<br /> Bảng 5 cho thấy, trọng lượng đầu vào<br /> và tổng lượng thức ăn tiêu thụ giữa các lô<br /> không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê<br /> (P > 0,05); nhưng trọng lượng khi xuất chuồng<br /> <br /> 3,0 × 10<br /> <br /> 6<br /> <br /> 1,0 × 10<br /> <br /> Coliforms<br /> <br /> pH<br /> 4,0<br /> <br /> Không phát<br /> hiện<br /> <br /> 4,05<br /> 4,1<br /> <br /> và hệ số tiêu tốn thức ăn ở các lô có sự khác<br /> biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05); trong đó,<br /> tổng tăng trọng cao nhất ở lô 2 và lô<br /> 3 (bổ sung 2,5 ml và 5 ml Bio-HR/lít<br /> nước uống) tương ứng là 52,79 kg và 53,235 kg,<br /> cao hơn lô 1 (43,5 kg) 1,3 lần và hệ số tiêu<br /> tốn thức ăn ở lô 2 và 3 tương ứng là 2,39 và<br /> 2,45 thấp hơn lô đối chứng 1,15 lần (2,78)<br /> (bảng 5).<br /> <br /> 134<br /> <br /> Vo Thi Hanh et al.<br /> <br /> Bảng 5. Tăng trọng trung bình, thức ăn tiêu tốn và hệ số tiêu tốn thức ăn của gà sau 8 tuần nuôi<br /> (thời điểm thu hoạch)<br /> Lô 1<br /> P (mức ý<br /> Công thức<br /> Lô 2<br /> Lô 3<br /> Lô 4<br /> (đối chứng)<br /> nghĩa)<br /> Các chỉ tiêu<br /> (n = 30)<br /> (n = 30)<br /> (n = 30)<br /> (n = 30)<br /> 13,5a<br /> 13,49a<br /> 13,535a<br /> 13,415a<br /> 0,973<br /> Tổng trọng lượng đầu vào (kg)<br /> Tổng trọng lượng đầu ra khi xuất<br /> b<br /> a<br /> a<br /> ab<br /> 43,5<br /> 52,79<br /> 53,235<br /> 48,685<br /> 0,000<br /> chuồng (kg)<br /> 30<br /> 39,3<br /> 39,7<br /> 35,27<br /> 0,000<br /> Tổng tăng trọng (kg)<br /> Tổng lượng ăn tiêu thụ (kg)<br /> 83,5<br /> 93,9<br /> 97,1<br /> 90,4<br /> 0,165<br /> Hệ số tiêu tốn thức ăn (kg thức<br /> 2,78<br /> 2,39<br /> 2,45<br /> 2,56<br /> 0,000<br /> ăn/kg thể trọng)<br /> 100<br /> 100<br /> 100<br /> 100<br /> Tỷ lệ sống trung bình (%)<br /> (a,b) trong cùng hàng ngang, là những chữ cái khác nhau thì có sự sai khác thống kê rõ rệt (P < 0,05).<br /> KẾT LUẬN<br /> <br /> NTSCCC của nhà máy rượu Bình Tây có<br /> thành phần hoá lý sinh thích hợp để nuôi cấy<br /> giống hỗn hợp VSV có ích tạo chế phẩm sinh<br /> học BIO-HR. Chế phẩm BIO-HR chứa mật độ<br /> tế bào Bacillus spp. > 107 CFU/ml,<br /> Lactobacillus spp. > 107 CFU/ml, và<br /> Saccharomyces sp. > 106 CFU/ml, pH 4, không<br /> chứa Coliforms, có mùi thơm và vị chua và bảo<br /> quản được trong thời gian trên một tháng.<br /> Hiệu quả sử dụng của chế phẩm Bio-HR<br /> (2,5 - 5 ml ml Bio-HR/lít nước) cho gà Lương<br /> Phượng 3 tuần tuổi uống, sau 8 tuần nuôi, tổng<br /> tăng trọng cao cao hơn đối chứng 1,3 lần và hệ<br /> số tiêu tốn thức ăn thấp hơn lô đối chứng 1,15<br /> lần.<br /> Lời cảm ơn: Công trình này được hỗ trợ<br /> kinh phí của Sở Khoa học và Công nghệ<br /> tp. Hồ Chí Minh (2012-2013).<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> 1. Benson H. J., 1990. Microbiological<br /> applications. Wm. C. Brown Publishers,<br /> USA, pp. 87-92.<br /> 2. Võ Thị Hạnh, Lê Thị Bích Phượng, Trần<br /> Thạnh Phong, Lê Tấn Hưng Trương Thị<br /> Hồng Vân, 2007. Sản xuất và thương mại<br /> hoá các chế phẩm sinh học dùng trong nuôi<br /> trồng thủy sản. Tuyển tập hội nghị khoa học<br /> và công nghệ gắn với thực tiễn lần 2. Nxb.<br /> Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội.<br /> <br /> 135<br /> <br /> 3. Krzywonos M., Cibis E., Miskiewicz T.,<br /> and Ryznar-Luty A., 2009. Utilization and<br /> biodegradation of starch stillage (distillery<br /> wastewater), Electron. J. Biotech., 12(1):<br /> 0717-3458.<br /> 4. Mustafa A. F, McKinnon J. J., Ingledew M.<br /> W., Christensen D. A., 2000. The nutritive<br /> value for ruminants of thin stillage and<br /> distillers’ grains derived from wheat, rye,<br /> triticale and barley. J. Sci. Food Agr., 80(5):<br /> 607-613.<br /> 5. Shurson J., 2004. Quality and Nutritional<br /> Characteristics of Distiller's. Dried Grains<br /> with Solubles. (DDGS). Dept. of Animal<br /> Science.<br /> University<br /> of<br /> Minnesota.<br /> www.ddgs.umn.edu/.<br /> 6. Tanaka Y., Murata A., Hayashida S., 1995.<br /> Accelerated composting of cereal Shochudistillery<br /> wastes<br /> by Actinomycetes:<br /> promotive composting of Shochu-distillery<br /> waster (I). Seibutsu-kogaku Kaishi, 73: 365372.<br /> 7. Yang Fan-Chaing, Tung Han-Lin, 1996.<br /> Reuse of thin stillage from rice spirit for the<br /> culture of the yeast Saccharomyces<br /> cerevisiae. Process Biochemistry, 31(6):<br /> 617-620.<br /> 8. Yuliani E., Imai T., Teeka J., Tomita S.,<br /> 2011. Utilization of sweet potato-shochu<br /> distillery wastewater as growth stimulating<br /> of Lactobacillus sakei CY1. Int. J. Aca.<br /> Res., 3(2): 419-423.<br /> <br /> TẠP CHÍ SINH HỌC, 2012, 34(3SE): 132-136<br /> <br /> A STUDY ON USING ETHANOL DISTILLERY WASTE<br /> TO PRODUCE BIO-HR PRODUCT FOR LIVESTOCK<br /> Vo Thi Hanh1, Le Thi Bich Phuong1, Tran Thanh Phong1,<br /> Le Tan Hung1, Truong Thi Hong Van1, Le Thi Huong1, To Thanh Hang2<br /> (1)<br /> <br /> Institute of Tropical Biology, VAST<br /> Nong Lam University, Ho Chi Minh city<br /> <br /> (2)<br /> <br /> SUMMARY<br /> The ethanol distillery waste (stillage) of the Binh Tay company was used for the growth of useful<br /> microorganisms, such as, Bacillus sp., Lactobacillus sp. and Saccharomyces sp., to produce BIO-HR product.<br /> The BIO-HR product obtained after 3 days of fermentation at room temperature contained cell density of<br /> Bacillus sp. ≥ 107 CFU/ml, Lactobacillus sp. ≥ 107 CFU/ml, Saccharomyces sp. ≥ 106 CFU/ml, pH 4-5<br /> without Coliforms.<br /> Effects of the Bio-HR on Luong Phuong chicken showed that if chickens drink a solution of 2.5 g BioHR/litre of tap water for 8 weeks, the average weight (kg/head) was 30% higher than the control plot and<br /> Feed Consumption Rate (FCR) was reduced by 16% compared to the control plot. Therefore, instead of entire<br /> waste water treatment, the ethanol producers can reuse stillage to produce a bio-product of high quality for<br /> livestock, reducing the cost of waste water treatment, and thus creating more jobs for workers and achieving<br /> more profit.<br /> Keywords: BIO-HR product, ethanol distillery waste (stillage), livestock, useful microorganisms.<br /> <br /> Ngày nhận bài: 21-6-2012<br /> <br /> 136<br /> <br />