Tiềm năng sử dụng phụ phế phẩm vỏ dứa trong xử lý rác nhà bếp thành sản phẩm ứng dụng trong nông nghiệp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này nhằm mục đích tổng quan về công nghệ sử dụng enzyme Bromelain phân hủy rác thải sinh hoạt và tiềm năng sử dụng vỏ dứa để xử lý rác thải, đặc biệt trong xử lý chất thải để định hướng nghiên cứu trong xử lý chất thải nhà bếp tạo phân bón lá sử dụng trong nông nghiệp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiềm năng sử dụng phụ phế phẩm vỏ dứa trong xử lý rác nhà bếp thành sản phẩm ứng dụng trong nông nghiệp

TIỀM NĂNG SỬ DỤNG PHỤ PHẾ PHẨM VỎ DỨA TRONG XỬ LÝ RÁC NHÀ BẾP THÀNH SẢN PHẨM ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP Trần Ngọc Phƣớc, Phạm Thị Hồng Thuận, Đỗ Thị Mỹ Hảo GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Đại học Công nghệ TP.HCM (HUTECH), Việt Nam TÓM TẮT Hiện nay, sản xuất nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế của Việt Nam. Trong sản xuất nông nghiệp, phân bón là yếu tố quan trọng góp phần tăng năng suất cây trồng. Tuy nhiên, sử dụng phân bón đúng cách và không gây ảnh hưởng đến môi trường và chất lượng sản phẩm là một vấn đề hết sức nan giải. Ngoài ra với sự tiến bộ của khoa học ứng dụng, các nhà khoa học đã nghiên cứu một số loại chế phẩm sinh học hiệu quả cao được sử dụng làm phân bón lá như: phân bón lá từ trùng quế, phân bón lá từ dịch thủy phân xúc tác bởi enzyme,… Theo các nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy rằng trong tất cả phụ phế phẩm vỏ dứa đều có mặt của enzyme Bromelain, một loại enzyme có khả năng thủy phân được protein và các chất hữu cơ đơn giản có trong rác hữu cơ. Hiện nay, enzyme Bromelain đang được ứng dụng rộng rãi với nhiều lợi ích trong các lĩnh vực khác nhau như: công nghiệp, y học, thực phẩm và đặc biệt là nông nghiệp và môi trường. Bài báo này nhằm mục đích tổng quan về công nghệ sử dụng enzyme Bromelain phân hủy rác thải sinh hoạt và tiềm năng sử dụng vỏ dứa để xử lý rác thải, đặc biệt trong xử lý chất thải để định hướng nghiên cứu trong xử lý chất thải nhà bếp tạo phân bón lá sử dụng trong nông nghiệp. Từ khóa: Chế phẩm sinh học, enzyme bromelain, rác thải nhà bếp, vỏ dứa. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Dứa (ananas comosus) là một trong những loại cây ăn quả quan trọng trên thế giới đứng thứ 3 sau chuối và cây có múi, với tổng sản lượng dứa đạt 20 triệu tấn/năm. Trong đó Châu Á chiếm 50% sản lượng. Mặt hàng dứa chiếm vị trí đầu trong cơ cấu sản phẩm quả tươi trên thị trường (trên 50%, theo số liệu FAO 2004). Tại Việt Nam, dứa được trồng với sản lượng trên 500.000 tấn/năm, 90% diện tích tập trung ở phía Nam. Hàng năm ở nước ta, một lượng lớn phế phẩm dứa cũng được thải bỏ. Trong đó, lượng phế phẩm (lõi, chồi, vỏ và lá) chiếm đến 70% tổng khối lượng nguyên liệu đầu vào đã trở thành một vấn đề đối với các nhà máy chế biến [ ] [ ]. Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (NN&PTNT), ước tính khối lượng nhập khẩu phân bón các loại 5 tháng đầu năm 2018 đạt 1,83 triệu tấn và 524 triệu USD (báo Công thương ngày 30/05/2018) chủ yếu là phân vô cơ. Việc sử dụng phân hóa học thiếu khoa học không chỉ lãng phí tiền của mà còn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và vấn đề an toàn thực phẩm. Tính đến tháng 12/2017, số lượng sản phẩm phân bón hữu cơ đang được sản xuất, kinh doanh và sử dụng là 713 sản phẩm (hữu cơ: 32, hữu cơ khoáng: 268, hữu cơ sinh học: 169, hữu cơ vi sinh: 239, hữu cơ cải tạo đất: 5), chiếm 5% so với tổng số sản phẩm phân bón (14.318 sản phẩm), còn lại 93,7% là các phân bón vô cơ (13.423 sản phẩm) và 1,3% là phân bón sinh học (182 sản phẩm). Tuy nhiên, sử dụng phân bón hóa học thiếu khoa học gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và vấn đề an toàn thực phẩm [ ]. Do vậy, với định hướng đề tài là tận dụng rác thải hữu cơ có trong rác thải nhà bếp và sử dụng enzyme Bromelain trong phụ phế phẩm vỏ dứa để nghiên cứu khả năng xử lý rác thải hữu cơ và “Tạo phân bón lá từ phụ phế phẩm vỏ dứa và rác thải hữu cơ” 852
2. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN TẬN DỤNG PHỤ PHẾ PHẨM VỎ DỨA 2.1 Công nghiệp Dứa là nguồn cung cấp enzyme Bromelain trong công nghiệp. Theo các nghiên cứu cho thấy phụ phế phẩm dứa được sử dụng làm chất nền để sản xuất Bromelain, acid hữu cơ, ethanol, v.v… Vì đây là nguồn cung cấp đường, vitamin và các yếu tố tăng trưởng tiềm năng [ ]. Theo Nguyễn Bá Mùi (2002) cho thấy enzyme Bromelain có mặt trong toàn bộ quả dứa như lõi, chồi, vỏ và lá tập trung nhiều nhất trong chồi ngọn theo [ ]. Khả năng phân hủy protein của enzyme Bromelain khá mạnh và hoạt động tốt ở pH từ 6 – 8 [ ]. Có thể tạo chế phẩm Bromelain kỹ thuật từ chồi ngọn dứa ở quy mô phòng thí nghiệm bằng cách kết tủa dịch chồi ngọn ở nồng độ cồn 80% v/v sau đó đông khô kết tủa trong 3 giờ. Quy trình trên cho sản phẩm Bromelain ở dạng bột khô màu trắng ngà, độ ẩm 10% và hoạt lực là 72,48 U/g. Hiệu 0 suất thu hồi của quá trình đạt 63,43%. Bromelain chồi ngọn dứa có nhiệt độ tối ưu là 55 C, pH tối ưu 6,5, kém chịu nhiệt. Ngoài ra nghiên cứu cũng chỉ ra rằng enzyme Protease có trong tất cả phần phụ phế phẩm dứa và ở vỏ dứa có hoạt tính cao là 0,4326 U/g (Bảng 1). Bảng 1. Tỷ lệ khối lượng, hàm lượng chất khô tổng số và hoạt lực protease các phần dứa Bộ phận Tỷ lệ khối lƣợng (%) Chất khô tổng số (%) Hoạt lực protease (U/g) a Chồi ngọn 2.11 10.37 0.6170 b Vỏ 51.94 13.12 0.4236 c Lõi quả 4.16 11.30 0.2804 d Thịt quả 28.86 14.70 0.2238 Lá 12.93 (Nguồn: Lê Thị Ngọc Hà, 2009) 2.2 Y học Enzyme Bromelain có thể ngăn chặn tăng huyết áp, tình trạng máu vón cục, xơ vữa động mạch, các cơn đau tim và đột quỵ, trị viêm họng, giảm các triệu chứng dị ứng và can thiệp vào sự tăng trưởng của các tế bào ác tính, hữu hiệu trong việc chữa lành vết thương, giảm chứng phù, chứng viêm khớp và tăng cường hấp thu thuốc [ ]. Đối với enzyme Bromelain có trong phụ phế phẩm dứa đã có nghiên cứu phát hiện có thể phân hủy protein trong huyết tương [ ]. Một số nghiên cứu cho thấy enzyme Bromelain có khả năng ngăn ngừa tiêu chảy ở heo con, trợ tiêu hóa, điều trị các bệnh nhiễm trùng. 2.3 Nông nghiệp – Môi trƣờng Hiện nay, vấn đề sử dụng phân bón sinh học đang được quan tâm và nghiên cứu rộng rãi đặc biệt là nghiên cứu về chế phẩm sinh học phân bón lá. Một số nghiên cứu khi sử dụng enzyme Papain với nồng o độ 4% để thủy phân phụ phế phẩm cá da trơn trong điều kiện nhiệt độ tối ưa là 60 C, pH = 5, và thời gian thủy phân là 48 giờ. Điều kiện tối ưu để thủy phân phụ phế phẩm cá Tra bằng enzyme dịch chiết từ vỏ o dứa là tỷ lệ cá: vỏ dứa là 1:5,6 (w/w) hay cá : dịch chiết là 1 : 1,5 (w/v), nhiệt độ 50 C, pH là 5,5, với thời gian thủy phân là 150 phút [ ]. Dịch thủy phân có thể ổn định bằng Sorbic acid với nồng độ là 0,75%. Phun dịch thủy phân 10% có khả năng làm tăng hiệu suất của cải bẹ xanh và đậu bắp tương đương với phân bón lá thương mại trên thị trường. Theo Phạm Đình Dũng và Trần Văn Lâm (2013), sử dụng o enzyme Alcalase thủy phân phụ phẩm cá Tra trong điều kiện pH = 8, nhiệt độ 65 C và thời gian là 120 phút. Qua những nghiên cứu trên cho thấy rằng enzyme Bromelain trong phụ phế phẩm vỏ dứa có khả năng cao và ứng dụng rộng rãi trong xử lý chất thải tạo sản phẩm phân bón lá trong nông nghiệp và enzyme Bromelain thủy phân phụ phẩm cá cho ra được dịch thủy phân với hàm lượng protein khá cao. 853
3. XỬ LÝ RÁC THẢI NHÀ BẾP Rác thải nhà bếp là những thành phần tàn tích hữu cơ của các chất hữu cơ phục vụ cuộc sống con người. Trong rác hữu cơ có nhiều thành phần dinh dưỡng rất cần thiết cho cây. Nghiên cứu sử dụng giun Quế để xử lý rác thải nhà bếp thành phân hữu cơ, kết hợp giữa giun Quế và chế phẩm EMUNVI khi xử lý rác với tỷ lệ 3:4:3 và 2:7:1, thời gian xử lý 6 ngày/2kg rác hữu cơ và phân sau ủ có chất lượng tốt với các chỉ tiêu: CHC (76%), K (0,75%), N (1,35%), P (1,2%) [ ]. Từ “ Nghiên cứu hiệu quả của mô hình xử lý rác thải sinh hoạt hữu cơ tạo dịch Giun Quế ở quy mô hộ gia đình” thì giun cũng xử lý khá tốt các rác thải hữu cơ gia đình và từ đó thu được dịch giun phục vụ cho nông nghiệp [ ]. Ngoài ra, theo cuốn sách “Giun ăn rác của chúng ra” đã trình bày một hệ thống sản xuất phân bón từ giun và kỹ thuật này được nhân rộng trong nhiều năm [ ]. Theo nghiên cứu “ Phân hủy rác thải hữu cơ bằng phương pháp sinh học: Thí nghiệm thùng lên men 10-L” cho kết quả với dòng vi khuẩn phân hủy cellulose bình nhiệt đạt kết quả tốt với lượng khí thải thấp, quá trình ủ rác hữu cơ dưới rác động của các vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ tốt nhất từ ngày 16 đến ngày 18 thay vì 22 ngày [ ]. 4. NHỮNG THÀNH TỰU VÀ HẠN CHẾ TRONG CÁC NGHIÊN CỨU TRƢỚC Hiện nay, để xử lý các loại phế phẩm nông nghiệp, rác thải sinh hoạt là một vấn đề rất khó khăn. Tuy nhiên, qua sự nổ lực và phát triển của công nghệ đã đưa ra được các chế phẩm như BIMA (Trichoderma), Active cleaner (xạ khuẩn Streptomyces sp, nấm Trichoderma sp, Vi khuẩn Bacillus sp) được sử dụng để ủ phân gia súc, chất thải hữu cơ như rơm rạ, rác thải sinh hoạt hữu cơ (đã tách riêng rác vô cơ). Việc sử dụng chế phẩm có thể giúp rút ngắn thời gian ủ hoại phân chuồng, phân xanh, rác từ 2 – 3 lần so với cách ủ thông thường. Theo Võ Thị Hạnh (2009) đã nghiên cứu chế phẩm từ Giun Quế làm thức ăn cho gia súc, gia cầm, làm phân bón cho cây. Chế phẩm BIO-BL, đã dược dùng để bón cho cây trà ô long và một số cây hoa màu, cây kiểng. Kết quả sau khi sử dụng cho thấy búp trà tươi, màu sắc đẹp hơn. Mùi hương của trà cũng thơm hơn. Tuy nhiên, ở Việt Nam lại chưa có nhiều nghiên cứu áp dụng loại enzyme Bromelain này trong xử lý rác hữu cơ. Một vài nghiên cứu chỉ có thể xử lý được các thành phần trong rác hữu cơ như: protein, lipid,… Nhưng những nghiên cứu cũng cho thấy được tiềm năng xử lý rác thải nhà bếp là khả thi và có thể đưa ra được nhiều hướng phát triễn trong lĩnh vực này. 5. ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Từ những nghiên cứu trên lấy cơ sở khoa học làm tiền đề để nghiên cứu như: Sử dụng vỏ dứa để thủy phân phụ phẩm cá Tra ở điều kiện tối ưu để thủy phân phụ phế phẩm cá Tra bằng enzyme dịch chiết từ o vỏ dứa là tỷ lệ cá : vỏ dứa là 1: 5,6 (w/w) hay cá : dịch chiết là 1 : 1,5 (w/v), nhiệt độ 50 C, pH là 5,5, với thời gian thủy phân là 150 phút. Dịch thủy phân có thể ổn định bằng sorbic acid với nồng độ là 0,75% [ ]. Nghiên cứu khi sử dụng enzyme papain với nồng độ 4% để thủy phân phụ phế phẩm cá da trơn trong o điều kiện nhiệt độ tối ưa là 60 C, pH = 5, và thời gian thủy phân là 48 giờ. Sản phẩm thủy phân chứa hàm lượng protein cao nhất là 39,03% [ ]. Phần trắng của chồi ngọn dứa – phế liệu của quá trình sản xuất dứa hộp – có thể được dùng như là nguồn cung cấp enzyme Bromelain (Bro-C). Từ đó đặt ra giả thuyết sử dụng phụ phế phẩm vỏ dứa để thủy phân rác thải nhà bếp (rác hữu cơ) dựa theo các điều kiện và phương pháp của các nghiên cứu khoa học trên. Sau đó, sẽ kiểm tra và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình để đưa ra được phương án tối ưu nhất. Sơ đồ nghiên cứu dự kiến sẽ thực hiện trình bày trong hình 1 và 2. Sau khi đã có các thông số tốt nhất sẽ đánh giá khả năng tạo chế phẩm sinh học phân bón lá từ phụ phế phẩm vỏ dứa kết hợp rác hữu cơ thông qua các chỉ tiêu: Nito Kjeldhal, Nito formol, P, K, độ ẩm, nhiệt độ, pH; nhận xét đánh giá khả năng thủy phân bằng cách so sánh cách hiệu suất thủy phân qua các chỉ tiêu trong quá trình tiến hành thí nghiệm trên mô hình. Bên cạnh đó sẽ khảo sát khả năng phát triển của cây nông nghiệp khi dùng chế phẩm sinh học phân bón lá sau khi thí nghiệm. 854
Hình 2. Mô hình khảo sát khả năng thủy phân rác hữu cơ của phụ phế phẩm vỏ dứa 6. KẾT LUẬN Qua quá trình tổng quan nghiên cứu về phụ phế phẩm vỏ dứa và khả năng thủy phân protein và chất hữu cơ trên thế giới và Việt Nam cho thấy khả năng phụ phế phẩm vỏ dứa (enzyme Bromelain) có khả năng phân hủy được rác hữu cơ và tạo chế phẩm sinh học phân bón lá. Ngoài ra, theo các thông tin có được qua đời sống thì rác thải hữu cơ được người dân sử dụng như là phân bón tự nhiên. Qua đó cho thấy tính khả thi của đề tài “ Tái sử dụng phụ phẩm vỏ dứa thành các sản phẩm hữu ích sử dụng trong sản xuất nông nghiệp” là khả quan và có thể thực hiện được. Ngoài ra, còn một vấn đề cần quan tâm trong nghiên cứu này, chưa thể xác định chính xác được khi sử dụng nghiên cứu này với mục đích thi công dự án thực tế với quy mô thiết kế thực tế. Ngoài ra, do rác hữu cơ hiện nay nghiên cứu có sự thay đổi liên tục và do ý thức người dân về vấn đề phân loại rác tại hộ gia đình khiến cho mẫu rác thải hữu cơ không được phân loại nên gặp khó khăn trong khâu nguyên liệu đầu vào đúng như nghiên cứu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hà Thành Toàn, Lê Phương Trầm, Nguyễn Thị Mỹ Diện và Cao Ngọc Điệp (2010). Phân hủy rác hữu cơ bằng phương pháp sinh học: thí nghiệm thùng lên men 10-L, Trường đại học Cần Thơ, Tạp chí khoa học 2010: 15b 197-205. [2] Lại Thị Ngọc Hà (2009). Nghiên cứu tách và tạo chế phẩm Bromelain từ phụ phế phẩm Dứa, Tạp Chí Khoa học và phát triển: Tập 7, số 2: 203 – 211. [3] Lê Thanh Mai, Nguyễn Kiêu Hùng (2005). Khảo sát khả năng làm mềm thịt của enzym bromelain thu được từ phần phế liệu dứa- chồi ngọn. Đề tài nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Mở Tp. Hồ Chí Minh. [4] Nguyễn Bá Mùi (2002). Nghiên cứu phụ phẩm dứa ủ chua làm thức ăn gia súc, Luận văn tiến sĩ nông nghiệp, Trường Đại học Nông nghiệp, Hà Nội. [5] Nguyễn Ích Tuấn (2004). Nghiên cứu phôi hợp Bromelain và a-chymotrypsin với tỷ lệ thích hợp về hoạt độ enzyme và độ bền hoạt tính để làm thuốc, Khóa luận tốt nghiệp dược sĩ. 855
[6] Nguyễn Văn Liêu (2017), Nghiên cứu, so sánh khả năng xử lý rác thải nhà bếp thành phân hữu cơ của giun Quế và chế phẩm sinh học MUNIV, Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh (HUTECH), TP. Hồ Chí Minh. [7] Phạm Thị Thắm (2011), “Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm phân bón vi sinh vật đa chủng, phân bón chức năng phục vụ chăm sóc cây trồng cho một số vùng sinh thái”, Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp nhà nước. [8] Võ Phùng Diễm Bằng (2018). Tạo Phân bón lá từ phụ phế phẩm cá Tra và vỏ Dứa, Đồ án tốt nghiệp, Trường đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh(HUTECH), TP. Hồ Chí Minh. Tài liệu ngoài nƣớc [9] Castell JV, Friedrich G, Kuhn CS, Poppe GE. Intestinal absorption of undegraded proteins in men: presence of bromelain in plasma after oral intake. American Journal of Physiology. 1997;273: G139– G146. [10] Larrauri J. A., Ruperez P. and Calixto F. S. (1997). Pineapple shell as a source of dietary fiber with associated polyphenols. J. of Agri. and Food Chem., 45: 4028-4031. [11] Mary Appelhof (1982), “Worms Eat My Garbage”, Publisher: Flower Press; Revised edition (November 1, 1997). [12] Tochi B.N, Wang Z, Xu S-Y and Zhang W, (2008). Therapeutic application of pineappleprotease (Bromelain): Review, Pakistan journalof nutrition, 7 (4): 523 – 520. [13] Winarno, F.G.& Hwa, T.G. (1964), Papain dan Penggunaannya untuk Pengempukan Daging, Fakultas Tenkologi dan Mekanisasi Pertanian, IPB. Bogor. 856