Tìm hiểu các phương pháp xử lý phụ phế phẩm giàu xơ

8/12/2019 Tìm hiểu các phương pháp xử lý phụ phế phẩm giàu xơ

http://slidepdf.com/reader/full/tim-hieu-cac-phuong-phap-xu-ly-phu-phe-pham-giau-xo 1/91

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ PHỤ PHẾPHẨM GIÀU XƠ

Ngành : CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện : TR ẦN NGỌC PHÚ QUÍ

MSSV: 0811080034 Lớp: 08CSH2

TP. Hồ Chí Minh, 2011

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON Email:[email protected]

DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN



Khoá luận tốt nghiệ p 2011

SVTH: Tr ần Ngọc Phú Quí

Lớ p: 08CSH2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài khoá luận tốt nghiệ p “Tìm hiểu các phương pháp xử lý phụ phế phẩm giàu xơ” được thực hiện một cách trung thực. Không sao chép các đề tài

khoá luận khác.

TP.HCM, ngày 3 tháng 7 năm 2011

Sinh viên thể hiện

Tr ần Ngọc Phú Quí



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




SVTH: Tr ần Ngọc Phú Quí

Lớ p: 08CSH2

LỜ I CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và dìu d ắt tận tình của giảng viên hướ ng

d ẫn trong suốt quá trình em thực hiện khoá luận này.

Em cũng xin gửi lờ i cảm ơn đến các thầy, cô giảng viên khoa Môi trườ ng và công

nghệ sinh học của Đại học K ỹ thuật Công nghệ TP.HCM, đã truyền d ạy cho em những

kiến thức hữu ích và quý báu trong những năm học vừa qua.

Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã tạo điều kiện và động viên giúp

em hoàn thành tốt bài khoá luận này.

Do thờ i gian làm khoá luận có hạn cho nên còn nhiều thiếu sót về nhiều mặt. Em

r ất mong đượ c sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giảng viên.

TP.HCM, ngày 3 tháng 7 năm 2011

Sinh viên thể hiện

Tr ần Ngọc Phú Quí



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




SVTH: Tr ần Ngọc Phú Quí iLớ p: 08CSH2

MỤC LỤC

Lờ i cam đoan

Lờ i cảm ơ n

Mục lục

Danh mục các từ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các sơ đồ, hình ảnh

CHƯƠ NG 1: MỞ ĐẦU ...................................................................................................1

1.1. Đặt vấn đề:..........................................................................................................1

1.2. Mục tiêu:.............................................................................................................2

1.3. Nội dung nghiên cứu: .........................................................................................2

1.4. Phươ ng pháp thực hiện khóa luận:..............................................................2

CHƯƠ NG 2: TỔ NG QUAN VỀ PHỤ PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP...........................3

2.1. Định ngh ĩ a phụ phế phẩm nông nghiệ p:.............................................................3

2.2. Nguồn gốc, thành phần và tính chất phụ phế phẩm nông nghiệ p: .....................3

2.2.1.Nguồn g ố c: ...................................................................................................... 3

2.1.1.Thành phần và tính chấ t: ................................................................................ 4

2. 3.1. C ấ u trúc của lignocelluloses: .........................................................................6

2.3.2. Enzyme thủ y phân lignocelluloses:...............................................................19

2.4. Ứ ng dụng của enzyme lignocellulolytic:..........................................................25

CHƯƠ NG 3: CÁC PHƯƠ NG PHÁP XỬ LÝ PHỤ PHẾ PHẨM GIÀU XƠ...27

3.1. Phươ ng pháp vật lý:..........................................................................................28

3.2. Phươ ng pháp hoá học: ......................................................................................29

3.3. Phươ ng pháp sinh học: .....................................................................................37


DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP

.QUY N

HƠN




SVTH: Tr ần Ngọc Phú Quí iiLớ p: 08CSH2

CHƯƠ NG 4: Ứ NG DỤ NG PHỤ PHẨM GIÀU XƠ LÀM THỨ C Ă N GIA SÚC.......38

4.1. Vai trò của đại gia súc đối vớ i việc phát triển nông thôn:..................................38

4.1.1.Cung cấ p sứ c kéo: 38

4.1.2.Cung cấ p thự c phẩ m: 39

4.1.3.Cung cấ p phân bón và chấ t đố t: 39

4.1.4.Cung cấ p nguyên liệu chế biế n: 40

4.2. Tìm hiểu về khả năng sử dụng thức ăn giàu xơ của GSNL: ............................40

4.2.1.Khả năng sử d ụng thứ c ăn giàu xơ : 404.2.2.H ệ vi sinh vật có trong d ạ cỏ: 43

4.3. Các qui trình chế biến phụ phẩm nông nghiệ p làm thức ăn GSNL:.................49

4.3.1.Quy trình chế biế n r ơ m lúa bằ ng phươ ng pháp xử lý ure – vôi: .................. 49

4.3.2.Quy trình chế biế n và sử d ụng t ảng ure-r ỉ mật:............................................ 51

4.3.3.Quy trình chế biế n thân lá cây l ạc bằ ng phươ ng pháp ủ chua làm thứ c ăn cho

l ợ n và trâu bò:........................................................................................................53

CHƯƠ NG 5: Ứ NG DỤ NG Ủ COMPOST TỪ NGUỒ N PHỤ PHẨM GIÀU XƠ.......57

5.1. Định ngh ĩ a compost:.........................................................................................57

5.2. Các phản ứng sinh hoá xảy ra trong quá trình ủ:..............................................57

5.2.1.Các phản ứ ng sinh hoá: ................................................................................57

5.2.2.Các phản ứ ng sinh học:................................................................................. 59

5.3. Các yếu tố ảnh hưở ng đến quá trình ủ compost: ..............................................60

5.3.1.Các yế u t ố vật lý:...........................................................................................60

5.3.2.Các yế u t ố hoá sinh:......................................................................................635.4. Ủ compost bằng nguồn phụ phế phẩm giàu xơ : ...............................................68

5.5. Chất lượ ng compost: dựa trên bốn yếu tố: .......................................................69

5.6. Tính cần thiết của compost:..............................................................................69

CHƯƠ NG 6: Ứ NG DỤ NG PHỤ PHẨM GIÀU XƠ TRONG VIỆC TẠO NGUỒ N NHIÊN LIỆU SẠCH (BIO-ETHANOL).......................................................................72

6.1. Giớ i thiệu:.........................................................................................................72


DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP

.QUY N

HƠN




SVTH: Tr ần Ngọc Phú Quí iiiLớ p: 08CSH2

6.2. Cách thực hiện:.................................................................................................72

6.2.1.Bướ c 1: Quá trình tiề n xử lý nguyên liệu:.....................................................72

6.2.2.Bướ c 2: Thu ỷ phân nguồn nguyên liệu bằ ng t ổ hợ p enzyme:....................... 73

6.2.3.Bướ c 3: Lên men cồn t ừ hỗ n hợ p đườ ng hoà tan: ........................................ 74

6.2.4.Bướ c 4: Chư ng cấ t – khử nướ c:.................................................................... 75

6.3. K ết luận: ...........................................................................................................75

K ết luận

Tài liệu tham khảo


DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP

.QUY N

HƠN




SVTH: Tr ần Ngọc Phú Quí ivLớ p: 08CSH2

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

VSV: Vi sinh vật.

GSNL: Gia súc nhai lại.

FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations): Tổ chức Lươ ng thực

và Nông nghiệ p Liên Hợ p Quốc.

NXB: Nhà xuất bản.

TDN (Total digestible nutrients): Tổng các chất dinh dưỡ ng tiêu hóa đượ c.

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam.

EM (Effective microorganisms): Là chế phẩm sinh học tậ p hợ p các loài vi sinh vật có

ích như: vi khuẩn quang hợ p, vi khuẩn lactic, nấm men, xạ khuẩn, nấm mốc,… sống

cộng sinh trong cùng môi tr ườ ng.


DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP

.QUY N

HƠN




SVTH: Tr ần Ngọc Phú Quí vLớ p: 08CSH2

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Ướ c tính khối lượ ng các nguồn phụ phẩm nông nghiệ p chính ở Việt Nam

Bảng 2.2: Giá tr ị dinh dưỡ ng của một số phụ phẩm nông nghiệ p ở Việt Nam

Bảng 2.3: Thành phần lignocellulose trong rác thải và phế phẩm phổ biến

Bảng 3.1: Ảnh hưở ng của NaOH và Ca(OH)2 đến tỷ lệ tiêu hoá vật chất khô của bã mía

(Martin,1979)

Bảng 3.2: Ảnh hưở ng của xử lý r ơ m bằng dung dịch urê 4% đến thành phần dinh

dưỡ ng của r ơ m.

Bảng 5.1: Giớ i hạn chịu nhiệt tốt nhất của VSV

Bảng 5.2: Tỷ lệ C/N của chất thải.

Bảng 5.3: Các thông số quan tr ọng trong quá trình ủ compost hiếu khí

Bảng 5.4: Tiêu chuẩn ngành 10 TCVN 525 – 2002 phân hữu cơ VSV từ bã mía của Bộ Nông Nghiệ p và Phát Triển Nông Thôn.


DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP

.QUY N

HƠN




SVTH: Tr ần Ngọc Phú Quí viLớ p: 08CSH2

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Cấu trúc thành tế bào thực vật

Hình 2.2: Thành phần chủ yếu của lignocelluloses

Hình 2.3: Tỉ lệ % các thành phần có trong lignocelluloses

Hình 2.4: Công thức hóa học của cellulose

Hình 2.5: Mô hình Fringed fibrillar và mô hình chuỗi gậ p

Hình 2.6: Các đơ n vị cơ bản của lignin

Hình 2.7: Cấu trúc lignin trong gỗ mềm vớ i các nhóm chức chính

Hình 2.8: O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứng

Hình 2.9: Arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mềm

Hình 2.10: Sự phân hủy vật liệu lignocelluloses trong tự nhiên nhờ các vi sinh vật phân

hủy lignin, hemicelluloses (xylan) và cellulose tạo ta đườ n cung cấ p dinh dưỡ ng cho

những vi sinh vật khác dẫn đến sự phân hủy hoàn tòan chất hữu cơ thành CO2 và CH4

(phân hủy k ị khí).

Hình 2.11: Tác dụng của từng enzyme trong cellulose

Hình 2.12: (A) Enzyme xylanolytic liên quan đến quá trình phân giải xylan. Ac: nhóm

acetyl; α-Araf: α-arabinofuranose; α-4-O-Me-GlcA: α-4-O-methylglucuronic acid. (B)

Thủy phân các xylooligosaccharide bở i enzyme β-xylosidase.


DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP

.QUY N

HƠN




SVTH: Tr ần Ngọc Phú Quí viiLớ p: 08CSH2

Sơ đồ 3.1: Các phươ ng pháp xử lý phụ phẩm nông nghiệ p gi àu xơ

Sơ đồ 3.2: Nguyên lý xử lý thức ăn giàu xơ ( Chesson, 1986)

Hình 4.1: Những loài gia súc ăn cỏ chính

Hình 4.2: Cấu tạo đườ ng tiêu hoá của GSNL

Sơ đồ 6.1: Qui trình sản xuất ethanol từ nguồn phế liệu lignocellulose


DIỄN Đ

ÀN TOÁN

LÍ HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP

.QUY N

HƠN



NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2010



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




SVTH: Tr ần Ngọc Phú Quí 1Lớ p: 08CSH2

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề:

Nướ c ta là một nướ c nông nghiệp và hàng năm thải ra một lượ ng lớn đến hàng

triệu tấn các chất phế thải như trấu, bã mía, vỏ hạt điều, vỏ lạc, rơm, vỏ cafe,… Cụ thể,

mỗi năm nguồn sinh khối trấu của nước ta khoảng 100 triệu tấn, mùn cưa 250 triệu tấn,

vỏ lạc 4,5 triệu tấn, vỏ hạt điều, bã mía, gỗ vụn khoảng 400 triệu tấn. Trong đó, phụ

phẩm trấu tập trung chủ yếu tại Đồng bằng Sông Cửu Long, Đồng bằng Bắc Bộ và

duyên hải Nam trung bộ. Phụ phẩm mùn cưa tập trung nhiều ở Miền Trung , Tây

Nguyên, Tây Bắc. Vỏ cà phê có nhiều ở các tỉnh Tây Nguyên.

Mặt hạn chế của phụ phẩn nông nghiệp là một số loại có hàm lượng chất xơ rất

cao, thí dụ rơm lúa chứa 34% chất xơ, còn lá mía chứa 43% tính trong chất khô, nên r ất

khó tiêu hóa. Mặt khác một số loại phụ phẩm lại khó chế biến và dự trữ khi thu hoạch

đồng loạt như cây lạc, dây lang, ngọn lá sắn, lá mía...

Một số nơi ngườ i nông dân sử dụng các phế thải nông nghiệp để làm chất đốt

nhưng không hiệu quả, hoặc đốt bỏ gây ô nhiễm môi trườ ng sống nghiêm tr ọng, thậmchí ở một số nơi chúng không đượ c sử dụng r ất lãng phí. Cùng vớ i sự phát triển của nề

nông nghiệ p, qui mô sản xuất ngày càng lớ n và tậ p trung, các chế phẩm nông nghiệ p

ngày càng nhiều, việc nghiên cứu sử dụng chúng phục vụ cho đờ i sống và công nghiệ p

càng tr ở nên cần thiết. Những hướ ng ứng dụng để xử lý nguồn phụ phẩm nông nghiệ p

có thể tìm hiểu được thông qua đề tài này là:

Sử dụng làm thức ăn cho gia súc.

Làm phân compost.

Làm bio-ethanol.

Nhiều ứng dụng khác:làm chất đốt, sản xuất biogas,…



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Việc chọn đề tài: “Tìm hiểu các phương pháp xử lý phụ phế phẩm giàu xơ”

cũng là mục đích nhằm tìm hiểu r õ hơn việc làm thế nào để xử lý một cách có hiệu quả

nhất nguồn phụ phế phẩm giàu xơ trong nước. 1.2. Mục tiêu:

Tìm hiểu thành phần cấu tạo các phụ phế phẩm giàu xơ ở Việt Nam và các

phương pháp xử lý thích hợp để ứng dụng làm thức ăn đại gia súc, ủ compost làm phân

bón và sản xuất bio-ethanol.

1.3. Nội dung nghiên cứ u:

Tổng quan về phụ phế phẩm giàu xơ:

Thành phần cấu tạo phụ phế phẩm giàu xơ.

Các enzyme phân hủy phụ phế phẩm giàu xơ.

Tổng quan về các phương pháp xử lý phụ phế phẩm giàu xơ: hó a lý

và sinh học .

Tổng quan về thức ăn gia súc nhai lại và các qui trình xử lý phụ phế

phẩm giàu xơ làm thức ăn gia súc nhai lại.

Tổng quan về các phương pháp ủ compost phụ phế phẩm giàu xơ làm

phân bón hữu cơ.

Tổng quan về phụ phế phẩm giàu xơ để sản xuất bio-ethanol.

1.4. Phương pháp thực hiện khóa luận:

Tổng hợp tài liệu

Tham khảo ý kiến chuyên gia.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHỤ PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP

2.1. Định ngh ĩa phụ phế phẩm nông nghiệp:

Là những sản phẩm nông nghiệ p không đạt tiêu chuẩn về kích thướ c, phẩm chất,

giá tr ị sử dụng... đã quy định, phải loại bỏ nhằm đảm bảo yêu cầu sử dụng hoặc chế

biến.

Phụ phẩm nông nghiệp đều là những chất hữu cơ, có thể còn non, xanh; có thể đã

xơ cứng vì silic hoá như trấu hay lignin hoá như gỗ. Chúng còn có thể được xem như là

một dạng tích tr ữ năng lượ ng từ mặt tr ờ i nhờ quá trình quang tổng hợ p và các quá trình

sinh học khác trong sản xuất nông nghiệ p.

2.2. Nguồn gốc, thành phần và tính chất phụ phế phẩm nông nghiệp:

2.2.1. Nguồ n gố c:

Trong quá trình sản xuất nông nghiệ p hay chế biến nông sản, bên cạnh những sản

phẩm chính, dù muốn hay không chúng ta cũng còn có những phần sản phẩm phụ

khác. Chẳng hạn khi tr ồng lúa, ngoài hạt lúa thu hoạch đượ c, ta còn có r ơm, gốc r ạ; khi

xay lúa, ngoài gạo, ta còn có tấm, cám, tr ấu, bụi,…Khi chăn nuôi gia súc, ngoài sản

phẩm chính là thịt, tr ứng hay sữa, sức kéo, ta còn có phân…

Khối lượ ng phụ phẩm này r ất lớn, riêng đối vớ i các loại cây ngũ cốc, phần ăn

đượ c chỉ chiếm phân nửa hay một phần ba khối lượ ng. Những phụ phẩm này thực sự

là nguồn tài nguyên phong phú và có giá tr ị; chúng còn có thể đượ c sử dụng cho nhiều

mục đích khác nhau và có thể tạo thêm giá tr ị, thu nhậ p cho nông dân, nếu không,

chúng có thể gây nên ô nhiễm môi trườ ng.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





2.1.1. Thành phầ n và tính chấ t:

Ở nước ta nguồn phụ phẩm nông nghiệp được ước tính dựa tr ên khảo sát khối

lượng thực tế của từng loại phụ phẩm tính tr ên một đơn vị diện tích, sau đó ước tính

tổng khối lượng cho toàn quốc, dựa vào số liệu thống k ê về diện tích gieo trồng hàng

năm. Khối lượng này được quy đổi ra chất khô để tiện cho việc so sánh, đánh giá (bảng

2.1).

Bảng 2.1: Ước tính khối lượng các nguồn phụ phẩm nông nghiệp chính ở Việt Nam

Tên phụ phẩm Diện tích gieo trồng (triệu

ha/ năm)

Khối lượng phụ phẩm

(Tr. tấn chất khô/ năm)

Rơm lúa 7,5 25,0

Cây ngô (đã thu bắp) 0,65 2,0

Dây lạc 0,27 0,48

Dây lang 0,26 0,24

Ngọn, lá sắn 0,23 0,29

Lá mía 0,28 0,42

Tổng cộng - 28,4

(Nguồn: Số liệu thống k ê 2001 – NXB Thống kê, 2002; Bùi Văn Chính, lê Viết Ly,

1996,2001)

Mặt hạn chế của phụ phẩn nông nghiệp là một số loại có hàm lượng chất xơ rấtcao, thí dụ rơm lúa chứa 34% chất xơ, còn lá mía chứa 43% tính trong chất khô, nên r ất

khó tiêu hóa. Mặt khác một số loại phụ phẩm lại khó chế biến và dự trữ khi thu hoạch

đồng loạt như cây lạc, dây lang, ngọn lá sắn, lá mía...



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Đó cũng là một lý do làm cho người nông dân chỉ sử dụng được một phần các

loại phụ phẩm này ở dạng tươi làm thức ăn cho gia súc.

Bảng 2.2: Giá trị dinh dưỡng của một số phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam

% tính trong chất khô

Tên phụ phẩm Chất

khô (%)

Chất xơ Protein Tổng các chất

dinh dưỡng

tiêu hóa -

TDN

Năng lượng trao

đổi - ME, (Kcal/

kg chất khô)

Rơm lúa 90,8 34,3 5,1 45,9 1662

Cây ngô già 61,6 31,5 7,6 54,1 1958

Lá mía 28,8 42,9 8,2 49,3 1778

Dây lang 20,0 24,5 11,0 59,5 2160

Dây lạc 22,5 27,7 14,1 63,5 2289

Ngọn, lá sắn 25,5 22,7 16,9 67,5 2549

Các số liệu ở (bảng 2.2) cho thấy hàm lượng xơ của rơm lúa, cây ngô già và lá

mía khá cao; nên r ất cần được chế biến bằng các tác nhân hóa học hay sinh học để

nâng cao tỷ lệ tiêu hóa chất xơ và các chất hữu cơ khác.

Nhìn chung các loại phụ phẩm đều chứa một nguồn các chất dinh dưỡng tiềm

tàng khá cao, nhưng tổng các chất dinh dưỡng tiêu hóa được (TDN) còn khá thấp. Do

đó còn nhiều khả năng nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn các chất dinh dưỡng tiềm tàng

này trong các phụ phẩm nông nghiệp nếu chúng ta tác động bằng khâu chế biến và phối

hợp khẩu phần một cách hợp lý để nâng cao tỷ lệ tiêu hóa chất hữu cơ của chúng.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Về nguyên tắt chất xơ trong rơm rạ và các loại thức ăn thô tương tự chủ yếu là

cellulose, hemicelluloses, và lignin, gọi chung là lignocellulose. Giữa chúng

có các liên k ết hoá học tạo nên từ sự bền vững của màng tế bào thực vật.2.3. Thành phần cấu tạo phụ phế phẩm giàu xơ

2. 3.1. C ấu trúc của lignocelluloses:

2.3.1.1. C ấu trúc thành t ế bào thực vật :

Trong tự nhiên, các lớ p của thành tế bào thực vật đượ c minh họa bằng mô hình

của gỗ (Hình 3.1). Ở giữa các tế bào, có một hợ p chất đóng vai tr ò như keo dán gắn k ết

các tế bào lại với nhau, đó là lớ p gian bào (middle lamella). Lớ p này cấu tạo từ cácchất keo, có bản chất pectin và không có tác động về quang học. Bên trong là thành tế

bào sơ cấ p (primary wall).

Hình 2.1: C ấ u trúc thành tế bào thự c vậ t

Thành tế bào sơ cấ p có thể đượ c chia thành mặt bên trong và mặt bên ngoài. Sự

sắ p xế p của các vi sợ i trong thành tế bào sơ cấp phân tán tăng dần từ mặt trong ra mặt

ngoài. Tiếp đến là thành tế bào thứ cấ p gồm 3 lớ p: lớ p ngoài (S1), lớ p giữa (S2) và lớ p

trong (S3).



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Sự phân chia thành tế bào thứ cấ p thành ba lớ p S chủ yếu là do sự định hướ ng

khác nhau của các vi sợ i trong ba lớp đó. Điển hình các vi sợi định hướ ng xoắn trong

vách tế bào. Lớ p ngoài của thành tế bào thứ cấ p, các vi sợi được định hướ ng trong cấutrúc xoắn chéo có độ nghiêng tạo thành một góc lớ n vớ i tr ục dọc của tế bào. Lớ p giữa

là lớ p dày nhất và ở lớ p giữa có góc nhỏ và độ nghiêng của sợ i xoắn ốc trong khi vi sợ i

trong lớp 3 đượ c sắ p xếp như ở lớ p ngoài, vớ i một góc r ộng vớ i tr ục dọc của tế bào.

Ngoài ra trong một số trườ ng hợ p, trên mặt trong của thành tế bào có lớ p sần sùi (W).

Chức năng của thành tế bào là chống đỡ cho các cơ quan của cây đặc biệt là các vách

dày và cứng. Thành tế bào còn giữ các chức năng quan trọng chính như hấ p thụ, thoát

hơi nướ c hay vận chuyển và bài tiết.

Lignocellulose là thành phần cấu trúc chính của thực vật thân gỗ và các thực vật

khác như cỏ, lúa, ngô…Trong tự nhiên, chúng ta có thể tìm thấy lignocellulose ở thực

vật hay các chất thải nông nghiệ p, lâm nghiệ p và các chất thải r ắn trong thành phố.

Thành phần chủ yếu của lignocellulose là cellulose, hemicellulose và lignin (Hình 3.2).

Cellulose và hemicellulose là các đại phân tử cấu tạo từ các gốc đườ ng khác nhau,

trong khi lignin là một polymer dạng vòng đượ c tổng hợ p từ tiền phenylpropanoid.Thành phần cấu tạo và phần trăm của các polymer này là khác nhau giữa các loài. Hơn

nữa, thành phần cấu tạo trong cùng một cây hay các cây khác nhau là khác nhau dựa

vào độ tuổi, giai đoạn sinh trưở ng, phát triển của cây và các điều kiện khác. Thành

phần của lignocellulose đượ c trình bày ở (Bảng 3.1).



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Hình 2.2: Thành phầ n chủ yế u củ a lignocelluloses

Hình 2.3: T ỉ l ệ % các thành phầ n có trong lignocelluloses



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Bả ng 2.3: Thành phầ n lignocellulose trong rác thải và phế phẩ m phổ biế n

Nguồn lignocellulose Cellulose (%) Hemicellulose (%) Lignin (%)

Thân gỗ cứng 40-55 24-40 18-25

Thân gỗ mềm 45-50 25-35 25-35

Vỏ lạc 25-30 25-30 30-40

Lõi ngô 45 35 15

Giấy 85-99 0 0-15

Vỏ tr ấu 32.1 24 18

Vỏ tr ấu của lúa mì 30 50 15

Rác đã phân loại 60 20 20

Lá cây 15-20 80-85 0

Hạt bong 80-95 5-20 0

Giấy báo 40-55 25-40 18-30

Giấy thải từ bột giấy hóa học 60-70 10-20 5-10

Chất r ắn nướ c thải ban đầu 8-15 - 24-29

Chất thải của lợ n 6 28 -

Phân bón gia súc 1.6-4.7 1.4-3.3 2.7-5.7

Cỏ ở bờ biển Bermuda 25 35.7 6.4Cỏ mềm 45 31.4 12.0



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Các loại cỏ (tr ị số trung bình

cho các loại)

25-40 25-50 10-30

Bã thô 33.4 30 18.9

Lượ ng lớn lignocellulose đượ c thải ra từ các ngành lâm nghiệ p, nông nghiệ p,

công nghiệ p giấy và gây ra ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, lượ ng lớ n các sinh khối

thực vật dư thừa đượ c coi là rác thải có thể đượ c biến đổi thành nhiều sản phẩm có giá

tr ị khác nhau như nhiên liệu sinh học, hóa chất, các nguồn năng lượ ng r ẻ cho quá trình

lên men, bổ sung chất dinh dưỡng cho con ngườ i và thức ăn cho động vật.

2.3.1.2. Cellulose :

Cellulose là hợ p chất hữu cơ có công thức cấu tạo (C6H10O5)n, và là thành phần

chủ yếu của thành tế bào thực vật, gồm nhiều cellobiose liên k ết vớ i nhau, 4-O- (β-D-

Glucopyranosyl)-D-glucopyranose (Hình 3.4). Cellulose cũng là hợ p chất hữu cơ nhiều

nhất trong sinh quyển, hàng năm thực vật tổng hợp đượ c khoảng 1011 tấn cellulose

(trong gỗ, cellulose chiếm khoảng 50% và trong bông chiếm khoảng 90%).

Hình 2.4: Công thứ c hóa họ c củ a cellulose

Các mạch cellulose đượ c liên k ết vớ i nhau nhờ liên k ết hydro và liên k ết van Der

Waals, hình thành hai vùng cấu trúc chính là tinh thể và vô định hình. Trong vùng tinhthể, các phân tử cellulose liên k ết chặt chẽ vớ i nhau, vùng này khó bị tấn công bở i

enzyme cũng như hóa chất.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Ngượ c lại, trong vùng vô định hình, cellulose liên k ết không chặt vớ i nhau nên dễ

bị tấn công. Có hai mô hình cấu trúc của cellulose đã được đưa ra nhằm mô tả vùng

tinh thể và vô định hình như (Hình 3.5).

Hình 2.5: Mô hình Fringed fibrillar và mô hình chuỗ i gậ p

Trong mô hình Fringed Fibrillar: phân tử cellulose đượ c kéo thẳng và định hướ ng

theo chiều sợ i. Vùng tinh thể có chiều dài 500 Å và xế p xen k ẽ với vùng vô định hình.

Trong mô hình chuỗi gậ p: phân tử cellulose gấ p khúc theo chiều sợ i. Mỗi đơn vị

lặ p lại có độ trùng hợ p khoảng 1000, giớ i hạn bởi hai điểm a và b như trên hình vẽ. Các

đơn vị đó đượ c sắ p xế p thành chuỗi nhờ vào các mạch glucose nhỏ, các vị trí này r ất dễ

bị thủy phân. Đối với các đơn vị lặ p lại, hai đầu là vùng vô định hình, càng vào giữa,tính chất k ết tinh càng cao. Trong vùng vô định hình, các liên k ết β - glycoside giữa

các monomer bị thay đổi góc liên k ết, ngay tại cuối các đoạn gấ p, 3 phân tử monomer

sắ p xế p tạo sự thay đổi 180o cho toàn mạch.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Vùng vô định hình dễ bị tấn công bở i các tác nhân thủy phân hơn vùng tinh thể vì

sự thay đổi góc liên k ết của các liên k ết cộng hóa tr ị (β - glycoside) sẽ làm giảm độ bền

của liên k ết, đồng thờ i vị trí này không tạo đượ c liên k ết hydro.

Cellulose có cấu tạo tương tự carbohydrate phức tạp như tinh bột và glycogen.

Các polysaccharide này đều đượ c cấu tạo từ các đơn phân là glucose. Cellulose là

glucan không phân nhánh, trong đó các gốc glucose k ết hợ p vớ i nhau qua liên k ết β-

1 4- glycoside, đó chính là sự khác biệt giữa cellulose và các phân tử carbohydrate

phức tạ p khác. Giống như tinh bột, cellulose đượ c cấu tạo thành chuỗi dài gồm ít nhất

500 phân tử glucose. Các chuỗi cellulose này xếp đối song song tạo thành các vi sợ i

cellulose có đườ ng kính khoảng 3,5 nm. Mỗi chuỗi có nhiều nhóm OH tự do, vì vậy

giữa các sợ i ở cạnh nhau k ết hợ p vớ i nhau nhờ các liên k ết hidro đượ c tạo thành giữa

các nhóm OH của chúng. Các vi sợ i lại liên k ết vớ i nhau tạo thành vi sợ i lớ n hay còn

gọi là bó mixen có đườ ng kính 20 nm, giữa các sợ i trong mixen có những khoảng tr ống

lớ n. Khi tế bào còn non, những khoảng này chứa đầy nướ c, ở tế bào già thì chứa đầy

lignin và hemicellulose.

Cellulose có cấu trúc r ất bền và khó bị thủy phân. Người và động vật không có

enzyme phân giải cellulose (cellulase) nên không tiêu hóa đượ c cellulose, vì vậy

cellulose không có giá tr ị dinh dưỡ ng. Tuy nhiên, một số nghiên cứu cho thấy cellulose

có thể có vai trò điều hòa hoạt động của hệ thống tiêu hóa. Vi khuẩn trong dạ cỏ của

gia súc, các động vật nhai lại và động vật nguyên sinh trong ruột của mối sản xuất

enzyme phân giải cellulose. Nấm đất cũng có thể phân hủy cellulose. Vì vậy chúng có

thể sử dụng cellulose làm thức ăn.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





2.3.1.3. Lignin :

Lignin là một phức hợ p chất hóa học phổ biến đượ c tìm thấy trong hệ mạch thực

vật, chủ yếu là giữa các tế bào, trong thành tế bào thực vật. Lignin là một trong các

polymer hữu cơ phổ biến nhất trên trái đất. Lignin có cấu trúc không gian 3 chiều, phức

tạp, vô định hình, chiếm 17% đến 33% thành phần của gỗ. Lignin không phải là

carbohydrate nhưng có liên kết chặt chẽ với nhóm này để tạo nên màng tế bào giúp

thực vật cứng chắc và giòn, có chức năng vận chuyển nướ c trong cơ thể thực vật (một

phần là để làm bền thành tế bào và giữ cho cây không bị đổ, một phần là điều chỉnh

dòng chảy của nướ c), giúp cây phát triển và chống lại sự tấn công của côn trùng và

mầm bệnh. Thực vật càng già, lượ ng lignin tích tụ càng lớn. Hơn nữa, lignin đóng vai

trò quan tr ọng trong chu trình carbon, tích lũy carbon khí quyển trong mô của thực vật

thân gỗ lâu năm, là một trong các thành phần bị phân hủy lâu nhất của thực vật sau khi

chết, để r ồi đóng góp một phần lớ n chất mùn giúp tăng khả năng quang hợ p của thực

vật.

Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở . Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng vai

trò chất liên k ết trong thành tế bào thực vật, liên k ết chặt chẽ vớ i mạng cellulose vàhemicellulose. R ất khó để có thể tách lignin ra hoàn toàn.

Lignin là polymer, đượ c cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị cấu

trúc điển hình là: guaiacyl (G), trans-coniferyl alcohol; syringyl (S), trans-sinapyl

alcohol; p-hydroxylphenyl (H), trans-p-courmary alcohol (Hình 3.6).



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Hình 2 .6: Các đơn vị cơ bả n củ a lignin

Cấu trúc của lignin đa dạng, tùy thuộc vào loại gỗ, tuổi của cây hoặc cấu trúc của

nó trong gỗ. Ngoài việc đượ c phân loại theo lignin của gỗ cứng, gỗ mềm và cỏ, lignin

có thể đượ c phân thành hai loại chính: guaicyl lignin và guaicyl-syringyl lignin.

Gỗ mềm chứa chủ yếu là guaiacyl, gỗ cứng chứa chủ yếu syringyl. Các nghiên

cứu đã chỉ ra r ằng guaiacyl lignin hạn chế sự trương nở của xơ sợ i và vì vậy loại

nguyên liệu đó sẽ khó bị tấn công bởi enzyme hơn syringyl lignin.

Những nghiên cứu gần đây chỉ ra r ằng lignin hoàn toàn không đồng nhất trong

cấu trúc. Lignin dường như bao gồm vùng vô định hình và các vùng có cấu trúc hình

thuôn hoặc hình cầu. Lignin trong tế bào thực vật bậc cao không có vùng vô định hình.

Các vòng phenyl trong lignin của gỗ mềm đượ c sắ p xế p tr ật tự trên mặt phẳng thành tế

bào. Ngoài ra, cả cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của lignin đều bị ảnh hưở ng

bở i mạng polysaccharide. Việc mô hình hóa động học phân tử cho thấy r ằng nhóm

hydroxyl và nhóm methoxyl trong các oligomer tiền lignin sẽ tương tác vớ i vi sợ i

cellulose cho dù bản chất của lignin là k ỵ nướ c.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Hình 2.7: C ấ u trúc lignin trong gỗ mề m vớ i các nhóm chứ c chính

Các nhóm chức ảnh hưởng đến hoạt tính của lignin bao gồm nhóm phenolic

hydroxyl tự do, methoxyl, benzylic hydroxyl, ether của benzylic với các rượ u mạch

thẳng và nhóm carbonyl (Hình 3.7). Guaicyl lignin chứa nhiều nhóm phenolic

hydroxyl hơn syringyl.

Lignin tạo liên k ết hóa học vớ i hemicellulose và ngay cả với cellulose (nhưng

không nhiều). Độ bền hóa học của những liên k ết này phụ thuộc vào bản chất liên k ết,

cấu trúc hóa học của lignin và các gốc đườ ng tham gia liên k ết. Carbon alpha (Cα)



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





trong cấu trúc phenyl propane là nơi có khả năng tạo liên k ết cao nhất vớ i khối

hemicellulose. Ngượ c lại, các đườ ng nằm ở mạch nhánh như arabinose, galactose, và

acid 4-O-methylglucuronic là các nhóm thườ ng liên k ết vớ i lignin. Các liên k ết có thể là ether, ester (liên k ết vớ i xylan qua acid 4-O-methyl-D-glucuronic), hay glycoside

(phản ứng giữa nhóm khử của hemicellulose và nhóm OH phenolic của lignin)

Cấu trúc hóa học của lignin r ất dễ bị thay đổi trong điều kiện nhiệt độ cao và pH

thấp như điều kiện trong quá trình tiền xử lý bằng hơi nướ c. Ở nhiệt độ phản ứng cao

hơn 200oC, lignin bị k ết khối thành những phần riêng biệt và tách ra khỏi cellulose.

Những nghiên cứu trước đây cho thấy đối vớ i gỗ cứng, nhóm ether β-O-4 aryl bị phá

hủy trong quá trình nổ hơi. Đồng thời, đối vớ i gỗ mềm, quá trình nổ hơi làm bất hoạt

các nhóm hoạt động của lignin ở vị trí α như nhóm hydroxyl hay ether, các nhóm này

bị oxy hóa thành carbonyl hoặc tạo cation benzylic, cation này sẽ tiế p tục tạo liên k ết

C-C.

Trong dinh dưỡng động vật, lignin r ất đáng quan tâm vì nó không bị tiêu hóa

bở i enzyme của cơ thể vật chủ. Lignin còn liên k ết vớ i nhiều polysaccharide và protein

màng tế bào ngăn trở quá trình tiêu hóa các hợ p chất gỗ. Gỗ, cỏ khô và rơm rất giàu

lignin nên tỷ lệ tiêu hóa thấ p tr ừ khi đượ c xử lý hóa học làm cho các liên k ết giữa

lignin vớ i các carbohydrate khác bị bẻ gãy.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





2.3.1.4. Hemicellulose :

Hemicellulose là một loại polymer phức tạ p và phân nhánh, độ trùng hợ p khoảng

70 đến 200 đơn phân. Hemicellulose chứa cả đườ ng 6 carbon gồm glucose, mannose

và galactose và đườ ng 5 gồm xylose và arabinose. Thành phần cơ bản của

hemicellulose là β – D xylopyranose, liên k ết vớ i nhau bằng liên k ết β -(14).

Cấu tạo của hemicellulose khá phức tạp và đa dạng tùy vào nguyên liệu, tuy

nhiên có một vài điểm chung gồm:

Mạch chính của hemicellulose đượ c cấu tạo từ liên k ết β -(14).

Xylose là thành phần quan tr ọng nhất.

Nhóm thế phổ biến nhất là nhóm acetyl O – liên k ết vớ i vị trí 2 hoặc 3.

Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thông thườ ng là disaccharide

hoặc trisaccharide. Sự liên k ết của hemicellulose vớ i các polysaccharide khác và vớ i

lignin là nhờ các mạch nhánh này. Cũng vì hemicellulose có mạch nhánh nên tồn tại ở

dạng vô định hình và vì thế dễ bị thủy phân.

Hemicellulose là polysaccharide trong màng tế bào tan trong dung dịch kiềm và

có liên k ết chặt chẽ vớ i cellulose, là một trong ba sinh khối tự nhiên chính. Cùng vớ i

cellulose và lignin, hemicellulose tạo nên thành tế bào vững chắc ở thực vật. Về cấu

trúc, hemicellulose có thành phần chính là D-glucose, D-galactose, D-mannose, D-

xylose và L-arabinose liên k ết vớ i các thành phần khác và nằm trong liên k ết glycoside.

Hemicellulose còn chứa cả axit 4-O-methylglucuronic, axit D-galacturonic và axit

glucuronic. Trong đó, đườ ng D-xylose, L-arabinose, D-glucose và D-galactose là phổ

biến ở thực vật thân cỏ và ngũ cốc. Tuy nhiên, khác vớ i hemicellulose thân gỗ,

hemicellulose ở thực vật thân cỏ lại có lượ ng lớ n các dạng liên k ết và phân nhánh phụ

thuộc vào các loài và từng loại mô trong cùng một loài cũng như phụ thuộc vào độ tuổi

của mô đó.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Tùy theo trong thành phần của hemicellulose có chứa monosaccharide nào mà nó

sẽ có những tên tương ứng như manan, galactan, glucan và xylan. Các polysaccharide

như manan, galactan, glucan hay xylan đều là các chất phổ biến trong thực vật, chủ yếuở các thành phần của màng tế bào của các cơ quan khác nhau như gỗ, rơm rạ, v.v…

Trong các loại hemicellulose, xylan là một polymer chính của thành tế bào thực

vật trong đó các gốc D-xylopyranose k ết hợ p vớ i nhau qua liên k ết β-1,4-D-

xylopyranose, là nguồn năng lượ ng dồi dào thứ hai trên trái đất. Đa số phân tử xylan

chứa nhiều nhóm ở tr ục chính và chuỗi bên. Các gốc thay thế chủ yếu trên khung chính

của xylan là các gốc acetyl, arabinosyl và glucuronosyl. Các nhóm này có đặc tính liên

k ết tương tác cộng hóa tr ị và không hóa tr ị vớ i lignin, cellulose và các polymer khác.

Cấu tạo, số lượ ng và vị trí của xylan ở các loài thực vật khác nhau là khác nhau.

Xylan tồn tại ở dạng O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứng (Hình 3.8),

hay arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mềm (Hình 3.9), hay thành phần cấu

tạo xylan là axit D-glucuronic, có hoặc không có ete 4-O-methyl và arabinose ở các

loài ngũ cốc.

Hình 2.8: O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứ ng



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Hình 2.9: Arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mề m

2.3.2. Enzyme thủy phân lignocelluloses:

Phần lớ n quá trình phân hủy phụ phế phẩm giàu xơ trong thiên nhiên xảy ra là

nhờ enzyme.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Hình 2.10: Sự phân hủ y vậ t liệu lignocelluloses trong tự nhiên nhờ các vi sinh vậ t

phân hủ y lignin, hemicelluloses (xylan) và cellulose tạo ta đườ n cung cấ p dinh

dưỡ ng cho nhữ ng vi sinh vậ t khác d ẫn đế n sự phân hủ y hoàn tòan chấ t hữu cơ

thành CO2 và CH4 (phân hủ y kị khí).

Các hệ enzyme phân hủy lignin, hemicelluloses và cellulose không phần lớ n do visinh vật sinh tổng hợ p. Chúng không hoạt động riêng r ẽ mà hoạt động hiệ p lực giữa

các enzyme trong cùng một phức hợ p enzyme, cũng như trong một hệ sinh thái vi sinh

vật, có sự phối hợ p giữa các quần thể vi sinh vật tiết các phức hợ p ligninase,

hemicellulase và cellulase.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





3.3.2.1. Enzyme cellulolytic :

Enzyme thủy phân cellulose có khả năng thủy phân chất thải chứa cellulose,

chuyển hóa các hợ p chất kiểu lignocellulose và cellulose trong rác thải tạo nên nguồn

năng lượ ng thông qua các sản phẩm, ethanol, khí sinh học hay các sản phẩm giàu năng

lượ ng khác. Thí dụ như từ các chất thải nhà máy giấy như các sản phẩm từ bột giấy và

giấy có thể thu nguồn năng lượng như ethanol.

Liên k ết chủ yếu trong cấu trúc của cellulose là β-(14) glucoside. Nói chung, để

phá hủy hoàn toàn cấu trúc của polysaccharide này cần có các enzyme cellulase vớ i

những tác động đặc trưng riêng biệt. Dựa theo nghiên cứu về hệ enzyme cellulase củanấm Trichoderma reesei, hệ enzyme thủy phân gồm 3 loại hoạt tính enzyme (Hình

3.10):

Endoglycanase hoặc 1,4- β -D-glucan glucanohydrolase (EC 3.2.1.4):

Enzyme nội bào endoglycanase hoặc 1,4-β-D-glucan glucanohydrolase là enzyme

thủy phân nội bào liên k ết 1,4-β-D-glucosidic trong phân tử cellulose bở i tác dụng

ngẫu nhiên trong chuỗi polymer hình thành các đầu chuỗi khử tự do và các chuỗioligosaccharide ngắn. Các endoglucanase không thể thủy phân cellulose tinh thể hiệu

quả nhưng nó sẽ phá vỡ các liên k ết tại khu vực vô định hình tương đối dễ tiế p cận.

Exoglucanase:

Enzyme ngoại bào exoglucanase gồm cả 1,4-beta-D-glucan glucanohydrolase

(EC 3.2.1.74), giải phóng D-glucose từ β-glucan và cellodextrin và 1,4-beta-D-glucan

cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) mà giải phóng D-cellobiose. Tỷ lệ thủy phân củaenzyme cellobiohydrolase ngoại bào bị hạn chế bở i sự sẵn có các đầu chuỗi cellulose.

β -glucosidase hay β -D-glucoside glucohydrolase (EC 3.2.1.21):



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





β-glucosidase hay β-D-glucoside glucohydrolase giải phóng phân tử D-glucose

từ đườ ng cellodextrin hòa tan và một loạt các glucoside khác.

Hình 2.11: Tác d ụ ng củ a từ ng enzyme trong cellulose

3.3.2.2. Enzyme xylanolytic :

Do tính không đồng nhất của xylan, sự thủy phân của nó đòi hỏi các ảnh hưở ng

của một hệ thống enzyme phức tạp. Enzyme này thườ ng bao gồm hai loại: enzyme

không phân nhánh (β-1,4-endoxylanse, β-xylosidase) và enzyme phân nhánh (α-

arabinofuranosidase, α-glucuronidase, esterase xylan acetyl và esterase axit phenolic)

(Hình 3.11). Tất cả các enzyme này tác động tương hỗ để chuyển đổi xylan thành cấu

tử đườ ng của nó. Hệ thống enzyme xylanolytic đa chức năng như vậy khá phổ biến ở những vi khuẩn và nấm. Các xylan khác loại chứa nhóm thể khác nhau trong mạch

chuỗi chính và chuỗi bên.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Như vậy, sự phân giải polysaccharide phức tạp như vậy có thể gồm hoạt động hỗ

tr ợ giữa các thành phần khác nhau của hệ thống enzyme xylanolytic.

Hình 2.12: (A) Enzyme xylanolytic liên quan đế n quá trình phân giải xylan. Ac:

nhóm acetyl; α-Araf: α-arabinofuranose; α-4-O-Me-GlcA: α-4-O-methylglucuronic

acid. (B) Thủ y phân các xylooligosaccharide bởi enzyme β -xylosidase.

β -Xylosidase:

β-D-xylosidase (β-D-xyloside xylohydrolase; EC 3.2.1.37) là enzyme ngoại bào

exoglyosidase thủy phân các oligosaccharide ngắn và xylobiose thành đường xylose. β-

xylobiose thật có thể phân tách chất nhân tạo như p-nitrophenyl β-D-xyloside [11].

Trong số các xylooligomer, xylobiose thường là cơ chất tốt nhất. Ái lực của enzyme

đối vớ i xylooligosaccharide giảm theo mức độ tăng của phản ứng polymer hóa.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Trong các nghiên cứu trước đó đã chứng minh được enzyme này đượ c chứng minh là

sinh ra từ một số loài vi khuẩn và nấm.

3.3.2.3. Enzyme phân hủ y lignin (ligninase):

Lignin peroxidase (LiP) đượ c trích ly từ nấm mục tr ắng Phanerochaete

chrysosporium và Manganese peroxidase (MnP) đượ c trích ly từ Lentinula edodes. Các

enzyme này phân hủy các hợ p chất có vòng thơm, trong đó có lignin. Cho đến nay

chúng chưa đượ c nghiên cứu nhiều, nhiều vi sinh vật có khả năng tiết enzyme này

trong đất vẫn chưa đượ c khám phá.

Như vậy trong 3 thành phần chính của lignocelluloses, lignin là khó phân hủynhất. Đây cũng chính là rào cảm sự tấn công của các enzyme khác vào thủy phân hiệu

quả hemicelluloses và cellulose.

2.4. Ứng dụng của enzyme lignocellulolytic:

Thế hệ nhiên liệu sinh học đầu tiên dựa trên đườ ng, tinh bột và dầu thực vật,

không có đượ c những ứng dụng r ộng rãi trong công nghiệ p, vì các nguyên vật liệu này

cũng đượ c sử dụng làm thức ăn. Lignocellulose đượ c xem là thế hệ nhiên liệu sinh họcthứ hai. Trong thậ p k ỷ qua, enzyme thủy phân lignocellulose ngày càng đượ c quan

tâm. Cellulose và xylan r ất phổ biến trong tự nhiên. Hàng năm, lượ ng lignocellulose do

thực vật tổng hợ p nên là 1011 tấn. Sự phân hủy lignocellulose chủ yếu là do vi sinh vật.

Do đó mà quá tr ình phân hủy lignocellulose bằng các enzyme từ vi sinh vật có một ý

ngh ĩa lớ n về lý thuyết cũng như về thực tế. Bở i lẽ do vi sinh vật phân hủy cellulose mà

hàng năm bầu khí quyển của trái đất đượ c bổ sung đầy đủ lượ ng CO2 cần thiết cho sự

sống.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Một số ứng dụng chính của cellulase và xylanase như:

Ứ ng dụng trong quá trình thủy phân gỗ và phế liệu gỗ r ẻ tiền thành các

đường đơn giản r ồi có thể chế biến thành thức ăn cho gia súc.

Các nguyên liệu thực phẩm có nguồn gốc thực vật nếu đượ c gia công

bằng chế phẩm enzyme cellulase và xylanase sẽ đượ c mềm ra, tăng hệ số đồng hóa và

chất lượng. Do đó sẽ r ất bổ ích làm thức ăn đặc hiệu cho tr ẻ em, người ăn kiêng cũng

như chế biến thức ăn gia súc.

Ứ ng dụng trong quá trình thủy phân chất thải chứa cellulose, chuyển hóa các

hợ p chất kiểu lignocellulose và cellulose trong rác thải tạo nên nguồn năng lượ ng

thông qua các sản phẩm đườ ng, ethanol, khí sinh học hay các sản phẩm giàu năng

lượ ng khác. Thí dụ: từ các chất thải nhà máy giấy như các sản phẩm từ bột giấy và giấy

có thể thu nguồn năng lượng như ethanol.

Người ta có thể thủy phân lignocelluloses bằng phương pháp sinh học theo hai

cách: cách 1 là sử dụng trực tiếp vi sinh vật phân hủy lignocellulose trong tự nhiên hay

phân lập chúng tạo chế phẩm EM tăng cường phân hủy như các quy tr ình ủ compost và

phân hủy rác thải giàu xơ. Cách hai đắt tiền hơn là sản xuất enzyme vi sinh vật bằng

công nghệ di truyền và lên men vi sinh vật, rồi sử dụng chế phẩm enzyme vào thủy

phân như phần hớn công nghệ sản xuất bioethanol hiện nay.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ PHỤ PHẾ PHẨM GIÀU XƠ

Như đã trình bày ở trên, phụ phế ph ẩm giàu xơ gồm 3 thành phần chủ

yếu là cellulose, hemicelluloses và lignin. Cellulose gồm nhiều chuỗi thẳng

ghép nhau thành bó dài nhờ mạch nối hydrogen tạo thành các mixen bền

vững. Hemicellulose là những heteropolysacarit cùng vớ i cellulose có ở

màng tế bào thực vật. Hemicellulose không hoà tan được trong nước nhưng

hoà tan đượ c trong dung dịch kiềm và bị thuỷ phân bở i acid dễ dàng hơn so

vớ i cellulose. Khi b ị thuỷ phân từ hemicelluloses sẽ tạo ra glucose, fructose,

mantose, galactose, cuabinose và xilose. Thành phần thứ ba đáng chú ý

trong chất xơ là lignin. Lignin luôn đi kèm vớ i cellulose và hemicelluloses

trong thành phần tế bào. Lignin không hoà tan tron g nướ c, trong các dung

môi hữu cơ bình thườ ng và r ất bền vững bở i enzyme của hệ VSV dạ cỏ.

Nhưng dướ i tác dụng của kiềm thì lignin một phần bị phân giải và chuyển

vào dung dịch.

Trong dạ cỏ loài nhai lại có những vi khuẩn đặc bi ệt chứa enzyme

cellulose phân giải đượ c cellulose. Cellulose và hemicelluloses là nh ữngchất có thể tiêu hoá được. Nhưng phần lớ n cellulose tham gia cấu tạo lớ p

trong của màng tế bào rơ m nên enzyme của hệ VSV không dễ dàng tác động

đượ c. Lớ p ngoài th ành tế bào đượ c tạo thành chủ yếu từ các phức chất lingo

– hemicelluloses mà cá c enzyme VSV dạ cỏ phân giải vô cùng chậm. Điều

đó cản tr ở nh ững lớp trong giàu cellulose trước tác động của enzyme VSV,

cũng như cản tr ờ sự phân giải chất chứa tế bào.

Như vậy, phần lớn các trườ ng hợ p muốn sự dụng hiệu qu ả phụ phế

phẩm giàu xơ cần th ực hiện các quá trình xử lý hay tiền xử lý bằng phương



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





pháp hóa lý để tạo tiền đề cho phương pháp sinh học là sử dụng enzyme chế

phẩm hay sử dụng tr ực tiế p tế bào tiết ra các enzyme đó.

Sơ đồ 3 .1: Các phương pháp xử lý phụ phẩ m nông nghiệp giàu xơ

3.1. Phương pháp vật lý:

Xử lý cơ học:

Xử lý cơ học là phương pháp cơ giới để băm chặt, nghiền nhỏ thức ăn,

nhằm thunhỏ kích thước của thức ăn, v ì kích thước của thức ăn có ảnh

hưởng tới quá trình thu nhận và quá trình tiêu hoá thức ăn của gia súc nhai lại.

Phương pháp này giúp phá vở cấu trúc vách tế bào nên thành phần cacbohydrate

không hoà tan sẽ có giá trị hơn với VSV dạ cỏ. Ưu điểm của phương pháp

này là giúp gia súc đở tốn năng lượng thu nhận và tạo kích thước của thức

ăn thích hợp cho VSV dạ cỏ.

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nguy cơ làm giảm tiết nước bọt và tăng

tốc độ chuyển dời qua dạ cỏ làm giảm tỷ lệ tiêu hoá. Phương pháp này áp dụng



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





chủ yếu với phế phụ phẩm trồng trọt ở mức độ trang tr ại. Nên k ết hợp phương

pháp này với phương pháp xử lý hoá học hoặc kết hợp với xử lý sinh học.

Xử lý bằng nhiệt hơi nước:

Xử lý các loại thức ăn thô chất lượng thấp bằng nhiệt với áp suất hơi nước cao

đểlàm tăng tỷ lệ tiêu hoá. Cơ sở của phương pháp này là quá trình thuỷ phân

xơ bằng hơi nước ở áp suất cao để phá vỡ mối li ên k ết hoá học giữa các

thành phần của chất xơ và tạo ra sự tách chuỗi. Theo các tác giả Sundstol và

Owen (1984) thì có thể dùng hơi nước ở áp suất 7 - 28 kg/cm2 để xử lý rơm trong

5 phút. Rangnekar và cộng sự (1982) đã xử lý rơm và bã mía bằng hơi nước ở áp suất 5

-9 kg/ cm2 trong 30 - 60 phút. K ết quả tương tự như xử lý ở áp suất c ao trong thời

gian ngắn. Phương pháp này chủ yếu lợi dụng các nguồn nhiệt thừa ở các nhà

máy.

Xử lý bằng bức xạ:

Khi chất xơ được chiếu xạ, chiều dài của chuổi cellulose sẽ giảm và thành phần của

cacbohydrat không hoà tan sẽ trở nên dễ dàng tác động bởi VSV dạ cỏ.

Năm1951, Lawton và cộng sự đã sử dụng bức xạ làm tăng tỷ lệ tiêu hoá củathức ăn thô. Có một số phương pháp bức xạ khác nhau như bức xạ cực tím,

tia gamma có thể dùng để tăng tỷ lệ tiêu hoá của thức ăn thô. Tuy nhiên, các

phương pháp này ph ần lớn đòi hỏi trang thiết bị đắt tiền, cao cấp và không an toàn.

Do vậy, các phương pháp xử lý bằng bức xạ không đem lại hiệu quả kinh tế.

3.2. Phương pháp hoá học:

Xử lý hóa học để cải thiện giá tr ị dinh dưỡ ng của rơm đượ c bắt đầu từ thế k ỷ

XIX. Hiện nay, việc dùng các chất hoá học để xử lý phế phụ phẩm nông nghiệ p làm

thức ăn giasúc đang đượ c áp dụng r ộng rãi ở nhiều nơi trên thế giớ i. Mục đích của xử

lý hóa học làphá vỡ c ác mố i l i ên k ế t g iữa l i gn in và hemice l lu lose để



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





làm cho hemicellulose vàcellulose vốn bị bao bọc bỡ i phức hợ p lignin-

hemicellulose dễ dàng đượ c phân giải bở i visinh vật dạ cỏ.

Trong phương pháp xử lý hóa học, dùng tác nhân oxy hoá, axit/kiềm.

Sơ đồ 3.2: Nguyên lý xử lý thức ăn giàu xơ ( Chesson, 1986)

Các chất oxyhoá (như acid peroxyaxetic, clorit natri đượ c acid

hoá, ôzôn..) có tác dụng phân giải lignin khá hiệu quả.

Các acid mạnh như những axit đượ c dùng trong công nghiệ p giấy. Các chất kiềm (vôi, kali, xút, amoniac...) có khả năng thuỷ phân

các mối liênk ết hoá học giữa lignin và các polysacarit của vách tế bào thực vật.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Trong tất cả các phương pháp hoá học thì xử lý kiềm đượ c nghiên cứu sâu nhất

và có nhiều triển vọng trong thực tiễn.

Các mối liên k ết hoá học giữa lignin và cacbohydrat bền trong môi trườ ng của

dạ cỏ nhưng lại kém bền trong môi trườ ng kiềm (pH> 8), lợ i dụng các đặ t

tính này các nhà khoa học đã sử dụng các chất kiềm như: NaOH, NH 3, ure,

Ca(OH)2 để xử lý các phụ phẩm nông nghiệ p nhiều xơ vớ i mục đích phá vỡ

mối liên k ết giữa lignin vớ i hemicellulose/cellulose trước khi chúng được sử dụng

làm thức ăn cho gia súc nhai lại, tạo điều kiện thuận lợi cho quá tr ình lên men của vi

sinh vật dạ cỏ. Kiềm hoá có thể phá vỡ liên k ết este giữa lignin với

hemicellulose/cellulose đồng thời làm cho cấu trúc xơ phồng lên về mặt vật lý. Những

ảnh hưởng đó tạo điều kiện cho vi sinh vật dạ cỏ tấn công vào cấu trúc cacbohydrat

như cellulose, hemicellulose được dễ dàng, làm tăng tỷ lệ tiêu hoá, tăng tính ngon

miệng của rơm đã xử lý.Sau đây là một số phương pháp kiềm hoá chính đã được

nghiên cứu và áp dụng ở các nước khác nhau tr ên thế giới.

Xử lý bằng xút (NaOH):

Một số phương pháp xử lý rơm và các loại thức ăn thô khác nhau bằng

NaOH đãđược nghiên cứu và ứng dụng.

Xử lý ướt:

Đun sôi với NaOH: Lehman (1895) xử lý rơm bằng NaOH ở áp suất và nhiệt

độcao (100 kg rơm trong 200 lit nước đun sôi với 4 kg NaOH, sau đó rữa và

phơi khô) đã thu được kết quả tốt tăng tỷ lệ tiêu hoá. Jackson (1977) xử lý các loại

thức ăn thô và rơm bằng NaOH. Tuy nhiên, phương pháp này làm mất nhiều

vật chất hữu cơ và thức ăn thuđược không ngon miệng. Một hạn chế nữa l à

phương pháp này tốn nhiều năng lượn g và lao động.

Phương pháp Beckmann: Beckmann (1921) đã cải tiến bằng cách ngâm

rơmtrong dung dịch NaOH pha loãng (8 lít NaOH 1,5 % cho 10 kg r ơm) với



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





thời gian 2 – 3ngày , sau đó rữa sạch phần NaOH dư đến kh i không

còn mùi k iềm và cho gia súc ăn.Phương pháp này cho thấy sự mất mát vật

chất khô thấp hơn so với phương pháp đun sôi,làm tăng giá trị năng lượng củarơm tương đươn g vớ i cỏ cắt sớm (Sundstol, 1984). Tuynhiên, phương pháp này

cũng có một số nhược điểm: Nước rữa rơm sau khi chế biến gây ô nhiễm môi trường

và làm mất nhiều chất dinh dưỡng hoà tan trong quá trình chế biếnvà r ửa

trước khi cho ăn.

Phương pháp nhúng (deep treament): Phương pháp này được tiến hành như

sau:Rơm được nhúng trong bể chứa NaOH 1,5% trong khoảng 1 - 2h, sau đó

vớt lên và đểcho nước chứa kiềm dư ch ảy trở lại bể ngâm. Tiếp theo, rơm

được ủ trong 3 - 6 ngàytrước khi cho ăn. Phương pháp này rất hiệu quả,

nhưng do rơm sau xử lý có hàm lượngNa cao nên không nên cho ăn như là nguồn

thức ăn thô duy nhất trong khẩu phần.

Phương pháp tuần hoàn: Rơm đóng bánh được phun dung dịch N a O H +

Ca(OH)2 (15 – 25g NaOH và 10 – 15g Ca/kg VCK) và để trong phòng kín sau đó phun

chất trung hoà như acid photphoric (H 3PO4) lên bánh rơm. Khi lượng nước thừa

rút hếtnhững bánh rơm này có thể ăn được. Phương pháp này đã được đưa ra

thực tế để xử lý rơm cho khả năng tiêu hoá cao, chứa ít NaOH dư, nhưng đòi

hỏi qui tr ình và điều kiện tiến hành phức tạp.

Xử lý khô:

Ngườ i ta chế biến khô rơm bằng cách băm hoặc nghiền nhỏ r ồi tr ộn vớ i

NaOH th eo t ỷ lệ 100 – 400 l í t dung d ịch NaOH 20 - 40% cho 1 t ấn

rơm. Rơm sau kh i xử l ý không đượ c r ửa. Phương pháp này làm tăng tỷ lệ tiêuhoá chất hữu cơ thấp hơn so vớ i xửlý ướt nhưng tránh đượ c sự ô nhiễm môi

trường do nướ c r ửa rơm gây ra. Phương pháp này c òn tránh đượ c sự mất mát

những chất dinh dưỡ ng hoà tan trong quá trình chế biến và r ửa.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Nhìn chun g, cá c ph ương pháp xử lý rơm bằng NaOH có hiệu quả làm

tăng tỷ lệ tiêu hoá. Tuy vậy, do những bất lợi như: chi phí cao, ô nhiễm môi

trường do thải Natri dư và nguy hiểm cho người cũng như gia súc nên ở các nướcđang phát triển ít sử dụng.

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của NaOH v à Ca(OH) 2 đến tỷ lệ ti êu hoá vật chất khô

của b ã mía (Martin,1979)

Một số phương pháp thay cho xử lý bằng NaOH l à xử lý bằng Ca(OH)2,

đặc biệt là xử lý bằng NH3 (bảng 1). Ưu điểm của NH3 là ở chỗ: một phần

của nó bám chặt vào rơm, thức ăn thô và có thể sử dụng như nguồn nitơ phi protein

(Orskov, 1984).

Xử lý bằng amoniac:

Amoniac được chấp nhận hơn bất k ì loại hoá chất nào khác trong xử lý

rơm rạ. Amoniac là một nguồn nitơ phi protein được VSV dạ cỏ sử dụng nên

việc xử lý bằngamoniac còn góp phần làm tăng hàm lượng protein thô. Hơn nữa, xử

lý bằng amoniac còncó tác dụng bảo quản chống mốc thối. Các phương pháp xử lý

amoniac như sau:

Xử lý bằng khí ammoniac:

Rơm được chấ t đống và dùng vả i n i lon đen che lạ i . Thùng đựng

khí amoniac được nối với ống kim loại dài có đục lỗ (đường kính 4 cm)

xuyên vào đống rơm. Thông thường, dùng 3kg amoniac/100kg rơm. Thời

gian xử lý có thể lên tới 8 tuần. Ngoài ra,người ta còn dùng phương pháp ủ



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





rơm với khí NH3 ở trong phòng kín ở nhiệt độ 95oC. Khí NH3 được tuần hoàn

trong rơm ủ. Phương pháp này có thể làm giảm thời gian xử lýxuống khoảng 24 giờ kể

cả 3-4 giờ thoát khí sau xử lý. Xử lý bằng amoniac lỏng:

Amoniac lỏng có thể sử dụng để xử lý rơ m theo một số cách khác nhau.

Thông thường nó được bơm vào đóng rơm phủ kín qua một ống dẫn. Nước amoniac

cũng có thể cho chảy từ phía trên đống rơm xuống và amoniac sẽ bốc hơi từ từ và thấm

vào rơm.

Xử lý bằng amoniac khí hay lỏng đều tỏ ra có hiệu lực tốt: làm tăng tỷ lệ tiêu hoá,

tăng NPN và lượng thu nhận. Tuy nhiên nó đòi hỏi phải có các bình chứa

ch ịu áp lực vàcàc trang thiết bị hạ tầng tốt. Xử lý amoniac cũng gây ô nhiễm

môi trường do NH3 thảivào không khí. Trong một số trường hợp có thể sinh độc tố

(4-metyl imidazol) nếu xử lý amoniac ở nhiệt độ cao và nguyên liệu có nhiều đường.

Xử lý bằng ur ê:

Thực chấ t xử lý bằng u r ê cũng l à x ử lý bằng NH 3 một cách gián

tiếp vì khi cónước và ureaza của vi sinh vật thì urê sẽ phân giải thành amoniac.

CO(NH2)2 + H2O urease 2NH3 + CO2

Các nhà nghiên cứu cho rằng: trong thực tế sản xuất hiện nay th ì lấy

NH 3 từ ur ê bằng quá tr ình ủ ướt rơm hay các thức ăn thô khác là phương pháp đơn

giản và thuận tiện hơn cả. NaOH v à NH 3 làm cắt mạch liên k ết giữa lignin

với các thành phần khác của màng tế bào như cellulose, hemicellulose và

protein. Một phần hemicellulose trở thành hòa tan trong nước và các cấu trúc

vốn không thể tác động tới trở thành dễ dàng chịu tác động của enzyme vi sinh vật.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Urê có thể sử dụng để xử lý rơm chủ yếu theo hai cách sau:

Trên quy mô công nghiệp, rơm trộn với ur ê k ết hợp với việc

nghiền và đóng thành bánh. Trên quy mô nông hộ rơm được trộn với ur ê r ồi ủ trong các hào, hố hay

các bao bì được nén chặt và giữ kín khí.

Khi xử lý rơm bằng ur ê cần đảm bảo các điều kiện sau:

Liều lượng ur ê sử dụng bằng 4-5% so với VCK của rơm.

Lượng nước sử dụng cần đảm bảo cho độ ẩm của rơm sau khi

tr ộn nằm trong khoảng 30-70%. Nếu quá ít nước thì sẽ khó trộn đều và nén

chặt. Nếu thêm quá nhiều nước sẽ làm mất urê do nước không ngấm hết vào rơm

mà trôi mất và dễ gây mốc. Trong thực tế có thể dùng 6-10 lít nước/10kg rơm khô.

Các túi hay hố ủ phải được nén chặt và đảm bảo kín khí để

không cho amoniac sinh ra bị lọt ra ngoài làm mất hiệu lực xử lý và rơm sẽ bị mốc.

Thời gian ủ tuỳ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Nếu nhiệt độ

không khí cao thì quá trình amoniac hoá sẽ nhanh, lạnh thì chậm lại. Nếu nhiệt độ

trên 300C thì thời gian ủ ít nhất là 7-10 ngày, 15-300C phải ủ 10-25 ngày, 5-150C thì

phải ủ 25-30 ngày.

Phương pháp xử lý bằng urê an toàn hơn phương pháp xử lý bằng

amoniac lỏng hoặc khí. Hơn nữa, ur ê r ẻ hơn NaOH và NH3 và r ất sẵn vì nó là

phân bón cho cây tr ồng. Mặt khác, ur ê là chất rắn nên dễ vận chuyển và sử dụng.

Tuy nhiên, phương pháp này vẫn có những khó khăn như: NH3 chỉ được giải

phón g khi có enzyme urease và enzyme này chỉ hoạt động trong điều kiện nhiệt

độ và độ ẩm nhất định. Nhiệt độ và độ ẩm cao là điều kiện thuận lơi cho enzyme

này hoạt động. Do đó, xử lý ur ê ch ỉ thích hợp cho các nước nhiệt đới. Bên

cạnh đó, mặc dù xử lý ur ê bổ sung NH3 cho vi sinh vật dạ cỏ, nhưng đây vẫn

là cách bổ sung đắt tiền bởi vì lượng ur ê cần dùng để đảm bảo xử lý có hiệu

lực ít nhất cao gấp 2 lần so với nhu cầu của vi sinh vật dạ cỏ. Th êm vào đó,



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





ở các nước đang phát triển do trợ cấp nông nghiệp ngày càng giảm nên gía urê có xu

hướng tăng lên. Việc áp dụng phương pháp này có thể sẽ mang lại hiệu quả kinh tế

không cao nếu giá ur ê cao. Do đó, việc dùng thêm một chất kiềm khác rẻ hơn(như vôi chẳng hạn) kết hợp với một mức ur ê thấp có thể mang lại hiệu lực tốt

hơn và bền vững hơn về mặt kinh tế.

Phương pháp xử lý rơm bằng ur ê:

Hòa tan lượng ur ê theo các tỷ lệ thích hợp, thường 4-5%. Ví dụ: xử lý bằng dung

dịch ur ê 4% thì hòa tan 4 kg urê trong 100 lít nước, trộn đều với rơm đã cắt ngắn 4-5

cmsau đó cho rơm đã xử lý ur ê vào túi nilon, hàn kín và ủ trong 21 ngày là

có thể cho gia súc ăn.

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của xử lý rơm bằng dung dịch urê 4% đến th ành phần

dinh dưỡng của rơm.

Xử lý bằng vôi:

Trong số các chát khác có thể dùng để kiềm hoá rơm th ì vôi (Ca (OH)2) hay CaO

đang được quan tâm nhiều nhất. Có hai hình thức xử lý bằng vôi:

Ngâm rơm trong nước vôi: tương tự như xử lý với NaOH.

Ủ rơm với vôi: rơm đựơc trộn đều với 4 -6% vôi (Ca(OH)2ha

hhoặc CaO),nước (40-80kg/100kg rơm) và ủ trong 2-3 tuần. Việc dùng vôi xử lý rơm có các ưu điểm là vôi r ẻ tiền và sẵn có, bổ sung thêm Ca

cho rơm, an toàn và không gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, vì vôi là

kiềm yếu nên tác dụng xử lý không cao nếu ngâm nhanh. Hơn nữa , vôi khó



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





hoà tan và không bốc hơi nên khó trộn đều trong nguyên liệu xử lý và khi xử

lý vôi r ơm dễ bị mốc, do vậy lượng thu nhận không ổn định.

Xử lý kết hợp ur ê với vôi: Theo Van Soest (1994) việc kết hợp dùng urê và vôi sẽ đem lại hiệu

quả tốt hơn dùng riêng vôi hoặc ur ê. Khi dùng CaO k ết hợp với ur ê thì urê

có thể được phân giải nhanh hơn và tăng sự phản ứng giữa NH3 với rơm. Việc kết

hợp này sẽ còn cho phép bổ sung cả NPN và Ca cùng một lúc, cũng như chống được

mốc, trong khi giảm được lượng N va Ca dư so với xử lý bằng ur ê hay bằng vôi riêng

lẽ.

Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, các đánh giá in-sacco, in-vivo và các

thí nghiệm nuôi bò sinh tr ưởng bằng rơm xử lý bằng u r ê k ế t hợp vớ i vô i

đã được t i ến h ành ở Việ t Nam và ch o k ế t quả rấ t t ố t (Nguyễn Xuân

Tr ạch, 2000).

3.3. Phương pháp sinh học:

Cơ sở của phương pháp này là dùng nấm hay phế ph ẩm enzyme của

chúng cấy vào thức ăn để phân giải lignin hay các mối liên k ết hoá học giữalignin và cacbohydrat trong vách tế bào thực vật. L ĩnh vực này có chiều hướ ng triển

vọng khi một số loài nấm như White Rot (nấm mục tr ắng) đã đượ c phát hiện có khả

năng phá vỡ các phức hợ p lignin-hydrat cacboncủa vách tế bào. Tuy nhiên, các

nấm háo khí này làm tiêu hao năng lượ ng trong thức ăn vì khó tìm đượ c những

loại nấm chỉ phân giải lignin mà không phân giải cellulose/ hemicenlulose. Phương

pháp này có nh ững hạn chế lớn khác như nuôi cấy vi khuẩn gặp khó khăn,

phương tiện thiết bị và qui trình phức tạ p nên cho tớ i nay vẫn chưa đượ c ápdụng r ộng rãi trong thực tiễn. Trong tương lai nếu như công nghệ di truyền

có thể nhân đượ ccác loại vi sinh vật dạ cỏ có khả năng phân giải lignin thì có thể có

nhiều ứng dụng trong tương lai vào mục đích này.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHỤ PHẨM GIÀU XƠ LÀM THỨC ĂN GIA SÚC

4.1. Vai trò của đại gia súc đối vớ i việc phát triển nông thôn:

Gia súc nhai lại (GSNL) đã có mối quan hệ cộng sinh với con ngườ i k ể từ thờ i

tiền sử. Mối quan hệ này đã làm thay đổi nhiều đặc tính vốn có của chúng. Những

giống GSNL chuyên dụng ngày nay có lẽ phải phụ thuộc sự sống còn vào con ngườ i,

trướ c hết là thức ăn, vì chúng đã mất đi những đặc tính ban đầu cần thiết để tồn tại

trong tự nhiên. Trái lại, nhiều cộng đồng con ngườ i cũng có lẽ không thể tồn tại nếu

không có GSNL mặc dù không phải mọi cộng đồng cư dân đều phải nuôi chúng. Đối

với các nướ c nhiệt đớ i thì chăn nuôi GSNL đã từng và chắc chắn sẽ tiế p tục là mộttrong những hoạt động kinh tế và xã hội quan tr ọng nhất vì những lý do chính dướ i

đây.

4.1.1. Cung cấ p sứ c kéo:

Từ ngàn xưa chăn nuôi trâu bò đã gắn liền vớ i tr ồng tr ọt trong các hệ thống canh

tác hỗn để cung cấ p sức kéo cho việc làm đất. Trên thế giớ i, nhất là ở các nước đang

phát triển, trâu bò vẫn đang đượ c sử dụng nhiều để phục vụ cho việc cung cấ p sức kéo. Năm 1990 có 52% số bò và 34% số trâu ở các nước đang phát triển đượ c dùng vào

mục đích lao tác. Đặc biệt, khi các nguồn nguyên liệu hoá thạch đã đượ c khai thác gần

như cạn dần và giá dầu ngày càng tăng cao như hiện nay thì sức kéo của trâu bò lại tr ở

nên có nhiều ưu thế hơn. Ở nướ c ta hiện nay mặc dù có cơ khí hoá nông nghiệp, nhưng

công việc làm đất vẫn thu hút gần 70% trâu và 40% bò trong toàn quốc, đáp ứng trên

70% sức kéo trong nông nghiệ p. Ngoài việc làm đất, trâu bò còn đượ c sử dụng để kéo

xe, vận chuyển hàng hoá. Lợ i thế của sức kéo trâu bò là có thể hoạt động ở bất kì địa bàn nào và sử dụng tối đa nguồn thức ăn tự nhiên tại chỗ và các phụ phẩm nông nghiệ p

để cung cấp năng lượ ng mà không cần đến nhiên liệu hoá thạch.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





4.1.2. Cung cấ p thự c phẩ m:

GSNL cung cấ p hai loại thực phẩm có giá tr ị cao đối với con ngườ i là thịt và sữa.

Thịt trâu, bò, dê và cừu đượ c xế p vào loại thịt đỏ có giá tr ị dinh dưỡ ng cao. Sữa đượ c

xế p vào thực phẩm cao cấ p vì nó hoàn chỉnh về dinh dưỡ ng và r ất dễ tiêu hoá. Từ năm

2000 đến 2006, sản lượ ng thịt trâu bò tăng hàng năm 1,2% ( 64 triệu tấn năm 2006 so

vớ i 60 triệu tấn năm 2000), trong khi đó, ở các nướ c phát triển tăng 3,3% năm, trong

khi đó ở các nướ c phát triển tăng 3,3%/năm. Tương tự đó, sản lượ ng sữa trâu, bò tăng

2,2%/năm (630 triệu tấn năm 2006 so vớ i 557 triệu tấn năm 2000) trên thế giớ i và các

nước đang phát triển tăng 5,6% (FAOSTAT, 2007). Gia súc nhai lạ i có khả năng biến

thức ăn như cây cỏ, rơm rạ thành hàng trăm thành phần khác nhau của thịt và sữa. Mức

sống càng tăng thì nhu cầu của con ngườ i về thịt và sữa càng tăng. Do đó, vai tr ò cung

cấ p thực phẩm của GSNL ở các nướ c càng phát triển thì càng tr ở nên quan tr ọng.

4.1.3. Cung cấ p phân bón và chất đố t:

Phân của GSNL là loại phân hữu cơ có giá trị và khối lượ ng đáng kể. hàng ngày

mỗi trâu trưở ng thành thải ra từ 15-20 kg phân, bò tr ưở ng thành 10-14 kg. Phân trâu bò

đượ c dùng làm phân bón cho cây tr ồng r ất phổ biến. Phân trâu chứa 78% nướ c, 5,4%

khoáng, 1,06% acid photphoric, 0,1% Kali, 0,2% Canxi. Mặc dù chất lượ ng phân

không cao như phân lợn, nhưng nhờ khối lượ ng lớ n phân trâu bò đã đáp ứng tớ i 50%

như cầu phân hữu cơ cho nông nghiệp nướ c ta. Trên thế giớ i, phân trâu bò còn đượ c

dùng làm chất đốt. Tại một số nước như Ấn Độ, Pakistan, phân đượ c tr ộn với rơm

bằm, nắm thành bánh và phơi nắng khô, dự tr ữ và sử dụng làm chất đốt quanh năm.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





4.1.4. Cung cấ p nguyên liệu chế biế n:

Ngoài việc cung cấ p thực phẩm cho con ngườ i, sức kéo và phân bón cho nông

nghiệ p, các loài GSNL còn sản xuất ra một số sản phẩm khác mà con ngườ i có thể sử

dụng để chế biến ra nhiều sản phẩm khác nhau. Da của GSNL là nguồn nguyên liệu

chủ yếu cho các nhà máy thuộc da. Da trâu bò có thể dùng làm áo da, găng tay, bao

sung, dây lưng, giày, dép, cặ p… Ở nhiều cùng nông thông ngườ i ta còn dùng da trâu

bò làm thực phẩm. Lông cừu và long dê là nguyên liệu để sản xuất len. Nhờ độ dày,

sức bền và khả năng uốn mềm của nó mà long trâu còn thích hợ p cho việc sản xuất bànchải mỹ nghệ và lau chùi một số loại máy móc quang học. Sừng và xương trâu nếu

đượ c gia công chế biến cẩn thận có thể tr ở thành nhiều mặt hàng mỹ nghệ khác nhau.

4.2. Tìm hiểu về khả năng sử dụng thức ăn giàu xơ của GSNL:

Để khai thác tốt nhất GSNL phục vụ con người đòi hỏi phải hiểu đượ c những ưu

thế dinh dưỡ ng của loại gia súc này để khai thác có hiệu quả nhiều nguồn tài nguyên

thiên nhiên có sẵn nhưng ít bị cạnh tranh làm thức ăn cho chúng. Đồng thờ i cũng phải biết đượ c những hạn chế sinh thái của chúng để tránh phát triển chăn nuôi gia súc nhai

lại một cách “ duy ý chí”, gây ra nhiều tổn thất nặng nề về kinh tế-xã hội và sinh thái.

4.2.1. Khả năng sử d ụ ng thức ăn giàu xơ:

Người xưa có câu”lợ n thì ăn cám ăn bèo, trâu bò ăn cỏ, người nghèo ăn khoai”.

Như vậy, người xưa đã nhận ra đượ c tầm quan tr ọng của cỏ đối vớ i trâu bò nói riêng và

gia súc ăn cỏ nói chung (Hình 5.1). Câu nói trên cũng chỉ ra đượ c vị trí của GSNL

trong hệ sinh thái dinh dưỡ ng, tức là chúng cần ăn và sử dụng đượ c thức ăn thô giàu

xơ. Thức ăn thô xanh là yếu tố quan tr ọng bậc nhất trong nuôi dưỡ ng GSNL nói chung

và con bò nói riêng. Đó là kinh nghiệm mà ngườ i nông dân qua hàng nghìn đời đã tích



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





luỹ đượ c và thực tế họ đã nuôi dưỡ ng GSNL bằng các nguồn thức ăn giàu xơ rất có

hiệu quả.

Hình 4.1: Những loài gia súc ăn cỏ chính

GSNL có khả năng sử dụng nhiều thức ăn thô nhiều xơ là nhờ có cấu tạo đặc biệt

của đường tiêu hoá để tạo cơ hội cho quá trình lên men VSV diễn ra trướ c và sau quá

trình tiêu hoá lên men của đườ ng ruột. Đó là kết quả của quá trình tiến hoá vớ i sự hình

thành hệ VSV cộng sinh trong dạ cỏ (và cả ruột già) có khả năng phân giải liên k ết β-

1,4-glucozit trong các đại phân tử cellulose và hemicelluloses của vách tế bào thực vật.Đồng thờ i cũng nhờ VSV cộng sinh này mà GSNL ít phụ thuộc vào nguồn vitamin B

và các acid amin từ thức ăn. Khả năng này không có đượ c ở người và động vật dạ dày

đơn. Trướ c hết nhờ khả năng tiêu hoá xơ mà GSNL có khả năng sử dụng đượ c các loại

thức ăn mà con ngườ i và các loài gai súc dạ dày đơn không tiêu hoá được. Điều này có



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





ý ngh ĩa rất lớn , cho phép chăn nuôi bò cũng như các loài gia súc nhai lại khác nhau

dựa trên nguồn thức ăn ít cạnh tranh.

Một khẩu phần hoàn toàn bằng thức ăn thô xanh có thể đảm bảo “đủ” cho sự phát

triển bình thườ ng của GSNL. Ngoài việc cung cấp năng lượ ng, protein, khoáng thì thức

ăn thô xanh còn cung cấ p thêm vitamin và các hoạt chất sinh học khác. Thức ăn thô

còn là yếu tố “cần” không chỉ đơn thuần là nguồn dinh dưỡ ng mà còn có ảnh hưởng cơ

giớ i tr ực tiếp đến vách đườ ng tiêu hoá, cần thiết để duy trì hoạt động tiêu hoá đượ c

bình thườ ng. Do vậy, một khẩu phần ăn giàu thức ăn thô xanh là khẩu phần “an toàn”

cho bò, tránh đượ c nhiều r ối loạn về tiêu hoá và trao đổi chất thườ ng gặp trong chăn

nuôi.

Mặc dù VSV cộng sinh trong dạ cỏ cho phép GSNL sử dụng đượ c thức ăn xơ,

nhưng quá tr ình tiêu hoá này cũng có những tiêu cực của nó. Quá trình tiêu hoá thức ăn

xơ đòi hỏi gia súc phải nhai, nhai lại và nhu động dạ cỏ nhiều lần làm tiêu tốn năng

lượng đã đượ c hấ p thụ (năng lượ ng gia nhiệt của thức ăn cao hơn). Hơn nữa, quá trình

lên men dạ cỏ sinh ra nhiệt và khí metan. Ngoài việc tiêu tốn năng lượng để mang dạ

cỏ, tiêu hoá cơ học và nhiệt lên men, chỉ việc thải khí metan này đã làm lãng phí năng

lượ ng của thức ăn lên tớ i 6-12%. Bở i thế GSNL không thể chuyển hoá hết thức ăn

thành năng lượ ng của cơ thế có hiệu quả như động vật dạ dày đơn. Như vậy, quá trình

lên men thức ăn ở dạ dày trước đối vớ i các loại thức ăn không cần lên men như tinh bột

trong các loại ngũ cốc đã làm tiêu tốn năng lượ ng không cần thiết.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





4.2.2. H ệ vi sinh vậ t có trong d ạ cỏ:

Hình 4.2: C ấ u tạo đườ ng tiêu hoá củ a GSNL

Hệ VSV cộng sinh trong dạ cỏ và dạ tổ ong rát phức tạp và thườ ng gọi chung và

VSV dạ cỏ. Hệ VSV dạ cỏ gồm có ba nhóm chính là vi khuẩn (Bacteria), động vật

nguyên sinh (Protozoa) và năm (Fungi); ngoài ra còn có mycoplasma, các loại virus và

các thể thực khuẩn. Mycoplasma, virus và thể thực khuẩn không đóng vai tr ò quan

tr ọng trong tiêu hoá thức ăn. Quần thể VSV dạ cỏ có sự biến đổi theo thờ i gian và phụ

thuộc vào tính chất của khẩu phần ăn. Hệ VSV dạ cỏ đều là VSV yếm khí và sống chủ

yếu bằng năng lượ ng sinh ra từ quá trình lên men các chất dinh dưỡ ng.

Thực quản

Dạ cỏ

Dạ múi khế

Dạ tổ ong

Ruột non

Ruột già

Manh tràng

Hậu môn

Dạ lá lách



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Vi khuẩ n (Bacteria):



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN







DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Động vật nguyên sinh (Protozoa):



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN







DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





N ấ m (Fungi):



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





4.3. Các qui trình chế biến phụ phẩm nông nghiệp làm thức ăn GSNL:

4.3.1. Quy trình chế biến rơm lúa bằng phương pháp xử lý ure – vôi:

4.3.1.1. Giới thiệu vấn đề:

Rơm lúa vốn nghèo dinh dưỡng (2-3% protein) thành phần chủ yếu là xơ (31-

33%) tỉ lệ tiêu hóa thấp. Tuy nhiên rơm lúa chứa một lượng năng lượng tiềm tàng.

Khối lượng rơm lúa hàng năm ở nước ta vào khoảng 25 triệu tấn (xấp xỉ 1 lúa : 0,8

rơm).

Để nâng cao hiệu quả sử dụng rơm người ta sử dụng phương pháp xử lý nhiệt độ,

áp suất cao hay dùng hóa chất như xút, ammoniac... Nhưng phương pháp này đòi hỏi

thiết bị nên khó áp dụng vào sản xuất. Ở nước ngoài người ta thường sử dụng phương

pháp chế biến rơm bằng ure theo tỉ lệ 5kg ure hòa trong 100 lít nước để chế biến 100kg

rơm khô. Do giá ure ở nước ta đắt, (vì phải nhập khẩu) nên Viện Chăn Nuôi đã nghiên

cứu cải tiến phương pháp và chỉ dùng 2,5kg ure cho 100kg rơm và sử dụng thêm 0,5kg

vôi tôi. K ết quả thí nghiệm tr ên gia súc khá tốt. Phương pháp này đơn giản dễ áp dụng

và đã làm tăng tỉ lệ tiêu hóa thêm 10-15%, tăng gần gấp đôi hàm lượng nitơ trong rơm,

gia súc thích ăn và đã ăn được lượng chất khô tăng thêm 50% so với rơm không chế

biến, cho tăng trọng hàng ngày cao hơn 30%, tiêu tốn thức ăn lại giảm 6% so với rơm

chưa chế biến.

4.3.1.2. Phương pháp chế biến:

Tỷ lệ nguyên liệu:

Rơm khô (ẩm độ 12-14%) 100kg

Ure 2,5kg

Vôi (Ca(OH)2) 0,5kg

Muối ăn 0,5kg

Nước lã sạch 70-80 lít



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Phương tiện cần cho quá tr ình ủ:

Về mặt nguyên lý quá trình ủ rơm khác hoàn toàn quá tr ình ủ chua thức ăn xanh.

ủ rơm không nhất thiết đòi hỏi yếm khí như ủ chua. Để giảm chi phí, dễ ứng dụng mà

vẫn đạt yêu cầu chế biến thì nên lợi dụng những điều kiện có sãn của gia đình. Như lợi

dụng các góc tường, bể xây, ô chuồng trống không nuôi gia súc, hoặc ủ ngay trong bao

phân đạm, bao tải xác rắn, hay túi nylon loại lớn...

Vật liệu đệm lót, che phủ: ta có thể dùng các mảnh nylon, vải mưa rách, lá

chuối... ghép kín lại để đảm bảo thức ăn không nhiễm đất, cát bẩn v à hạn chế thất thoát

ure.

Các bước tiến hành:

Hòa tan ure, vôi, muối vào nước theo công thức đã ghi ở mục tr ên.

Khối lượng rơm ủ mỗi lần tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng của gia súc và dụng cụ

chứa đựng.

Lần lượt rải rơm theo từng lớp (20cm) vào hố ủ, khuấy đều dung dịch ure - vôi -

muối và dùng ôzoa tưới đều vào rơm; lần lượt tiến hành như vậy cho tới khi hết lượng

rơm cần ủ.

Dùng vật liệu đệm lót phủ kín lại, có thể dùng gạch, ngói, củi khô chặn lên để

đống rơm ủ luôn kín trong suốt thời gian ủ.

Lưu ý : Nơi ủ phải chọn nơi khô ráo, tránh nước mưa và nước từ nơi khác thấm

vào.

4.3.1.3. Cách sử dụng:

Rơm ủ kín trong thời gian 10-20 ngày bắt đầu lấy ra cho gia súc ăn. Rơm ủ đạt chất lượng chế biến tốt sẽ có màu vàng đậm, mùi ure, không có mùi

nấm mốc, rơm ẩm và mềm .



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Khi lấy rơm ủ cho gia súc ăn chỉ nên lấy ra ở một góc (không lật toàn bộ lớp đệm

lót che phủ) lấy rơm xong lại lấp lớp đệm lót che phủ lên cho kín.

Cho gia súc ăn tự do tùy khả năng của chúng. (Một vài trâu bò biếng ăn, nên phơirơm đã chế biến trong bóng mát 30-45 phút để bay bớt mùi ure, trước khi ăn hoặc rắc

lên một chút cỏ xanh để chúng rễ quen với mùi ure trong rơm ủ).

4.3.2. Quy trình chế biến v à sử dụng tảng ure-rỉ mật:

4.3.2.1. Vai trò của t àng ure-r ỉ mật:

Tảng ure-r ỉ mật với thành phần quan trọng là ure và r ỉ mật là loại thức ăn bổ sung

có giá tr ị cao cho đàn gia súc có sừng như trâu, bò, dê, cừu,... bao gồm nguồn đạm phi

protein và nguồn năng lượng dễ tiêu hóa. Khi được bổ sung tảng ure-r ỉ mật đã làm tăng

khả năng ăn được của gia súc đối với những thức ăn khó tiêu như rơm, cỏ khô, cây ngô

già,... Từ đó làm cho chúng lớn nhanh, nhiều sữa, cày kéo khỏe hơn.

4.3.2.2. Phương pháp sản xuất:

Chuẩn bị nguyên liệu:

Nguyên liệu để sản xuất bao gồm rỉ mật (hoặc mật), đạm ure, muối ăn, vôi bột, xi

măng, cám gạo hoặc bột sắn khô, dây lang khô hay vỏ lạc khô,... (ở những vùng khôngcó r ỉ mật có thể dùng bột sắn nấu chín thay cho rỉ mật). Các chất độn nhiều xơ như dây

lang khô, dây lạc khô phải được băm ngắn từ 1-2cm, vỏ lạc được nghiền nhỏ. Chú ý

chỉ được dùng đạm ure (không dùng các loại phân đạm khác vì dễ làm cho gia súc ngộ

độc).



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Đóng bánh: Hỗn hợp trên được đóng thành các bánh bằng khuôn đóng

gạch thủ công hay khuôn gạch xỉ. Sau đó để cho tảng tự khô trong 5 -7 ngày, lúc đó

mới dùng ho trâu bò ăn. 2.3.2.3. Cách sử dụng:

Tảng ure-r ỉ mật chỉ được dùng cho gia súc có sừng cho trâu, bò, dê, cừu. (Không

dùng cho lợn và gia cầm vì ure gây độc cho chúng). Đặt tảng thức ăn nơi cao ráo, sạch

sẽ trong chuồng (tránh mưa nắng, không để phân và nước tiểu lẫn vào). Tốt nhất là đặt

vào máng gỗ buộc chắc trên tường dễ cho gia súc tự liếm hàng ngày.

Lượng đạm phi-protein chứa trong 1kg tảng ur e-r ỉ mật kể trên tương đương với

lượng protein (chất đạm) của 1kg khô đầu lạc ép cả vỏ (28,8%), nhưng giá thành rẻ

hơn một nửa.

Khi ăn thêm tảng ure-r ỉ mật bò sữa tăng thêm 10-15% sản lượng sữa, bò thịt tăng

tr ọng hàng tháng: 12-15kg.

4.3.3. Quy trình chế biến th ân lá cây l ạc bằng phương pháp ủ chua l àm thức

ăn cho lợn v à trâu bò:

4.3.3.1. Giới thiệu vấn đề: Lạc là cây họ đậu khi thu hoạch củ thân lá vẫn còn xanh và giàu các chất dinh

dưỡng. Năng suất chất xanh có thể tận dụng để chế biến làm thức ăn cho lợn đạt 5-6

tấn/ ha và cho trâu bò đạt 8-10 tấn/ ha. Như vậy ước tính hàng năm sản lượng thân lá

lạc có thể dùng để chế biến làm thức ăn cho gia súc ở nước ta là gần 1,5 triệu tấn. Thân

lá lạc lúc thu hoạch củ khá giàu chất dinh dưỡng; hàm lượng protein đạt 15-16% (xấp

xỉ hàm lượng protein của bột cỏ Alfalfa). Những thân lá lạc còn chưa được sử dụng

hợp lý, thường chỉ dùng làm phân xanh hoặc chất đốt. Những năm gần đây Viện chăn

nuôi đã nghiên cứu thành công phương pháp ủ chua thân lá lạc dự trữ làm thức ăn cho

lợn và trâu bò.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Chất lượng thức ăn ủ tốt, đồng thời có thể dự trữ được 9-10 tháng góp phần tăng

nguồn thức ăn cho gia súc trong mùa đông và mùa khô.

4.3.3.2. Phương pháp ủ:

Chuẩn bị thân lá lạc để ủ:

Thân lá lạc sau khi thu hoạch củ được cắt bỏ phần gốc già (10-15cm) dùng dao băm

nhỏ, kích thước từ 3-4cm (nếu ủ làm thức ăn cho trâu bò có thể băm từ 5-6cm). Băm

xong không nên tấp thành đống mà nên tải ra trong bóng mát; nên tập trung nhân lực

dể thực hiện việc chế biến hoàn chỉnh trong 1-2 ngày sau thu hoạch củ. Ngoài việc

chuẩn bị thân lá cây lạc ra còn chuẩn bị thêm muối ăn và cám gạo hoặc bột sắn, bột

khoai lang... (cứ 100kg thân lá lạc cần thêm 6-7kg cám gạo hoặc bột sắn, bột khoai và

0,5kg muối ăn).

Chuẩn bị hố ủ:

Có nhiều cách tạo một hố ủ, việc ứng dụng loại hố ủ nào tùy thuộc vào điều kiện

cụ thể từng gia đình. Tốt nhất là hố ủ nửa nổi nửa chìm ở nơi cao ráo không có nước

thấm vào. Hố ủ cần đạt các điều kiện sau:

Kích cỡ hố ủ tính toán sao cho vừa đủ lượng thân lá lạc cần ủ (trung bìnhdung tích hố ủ là một mét khối sẽ ủ được 400-500kg thân lá lạc).

Độ chắc thành hố ủ: thân lá lạc ủ chua trong điều kiện lên men yếu khí vì

vậy thành hố ủ càng kín chất lượng càng tốt. Tuyệt đối không được để nước bê ngoài

ngấm vào hố ủ trong suốt thời gian chế biến và sử dụng.

Vật liệu dùng đệm lót: tốt nhất dùng tấm nylon hoặc tận dụng vải mua

cũ, bao đựng phân đạm, lá chuối... mục đích chủ yếu tăng độ kín cho nguyên liệu ủ

đồng thời tránh thức ăn bị nhiễm bẩn.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Một số loại hố ủ:

Hố ủ xây bằng gạch, xi măng, cát: rất tố xong giá thành khá cao, loại hình này có

thể áp dụng cho các hộ nông dân có điều kiện.

Hố ủ đào đắp bằng đất nửa nổi nửa ch ìm: là loại hố ủ có thể áp dụng rộng r ãi

trong các hộ nông dân. Tạo hố ủ kiểu này nên lưu ý đến các vật liệu dùng làm đệm lót

(tốt nhất nên dùng nylon, vải mưa cũ, bao đựng phân đạm, lá chuối...) nếu không dễ bị

nước ngấm vào nguyên liệu gây thối, mốc. Hố ủ nên làm ở nơi khô ráo sạch sẽ, không

có nước thấm vào.

4.3.3.3. Tiến hành ủ:

Hỗn hợp các nguyên liệu theo tỷ lệ: 100kg thân lá lạc đã băm cho thêm 6-7kg bột

sắn khô, hoặc cám gạo và 0,5kg muối ăn, trộn đều ở ngoài hố ủ rồi bốc vào hố ủ theo

từng lớp (mỗi lớp có độ dày 15-20cm dùng chân nén nguyên liệu cho chặt (càng chặt

càng tốt). Cũng có thể cân lá lạc rồi trải vào hố ủ thành từng lớp có độ dày cũng từ 15-

20cm r ồi rắc đều cám và muối theo tỷ lệ nêu trên, sau đó cũng nén lá lạc thật chặt. Cứ

ủ lần lượt theo từng lớp như vậy cho tới khi hết thân lá lạc thì tiến hành lấp hố ủ.

4.3.3.4. Che phủ và lấp hố ủ:

Sau khi nén hết thân lá lạc, ta dùng nylon, vải mưa cũ, bao tải dứa, lá chuối, phủ

kín lên r ồi dùng xẻng xúc đất tơi lấp lên (lớp đất dày cần thiết là 30-40cm), đầm nén

chặt lớp đất và tạo thành hình mui rùa, sau khi ủ xong 3-5 ngày để cho đống ủ ngót

xuống, ta lại đầm nén lớp đã phủ và cho thêm một chút đất lên mặt và nén chặt lại,

dùng tranh, lá mía, lá cọ, hoặc rơm, rạ phủ lên đóng ủ một lớp dày để tránh nước mưa

thấm xuống. Sau 50-60 ngày mới bắt đầu lấy dần cho gia súc ăn, thân lá lạc ủ đúng kỹ

thuật hướng dẫn sẽ có chất lượng tốt, độ pH = 4,2-4,5; thơm mùi dưa muối, có màu

vàng nhạt, gia súc rất thích ăn.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Khi lấy thân lá lạc ra để cho gia súc ăn nên lấy gọn gàng, theo trình tự, tránh lãng

phí, nên lật lớp đất lên trên vừa đủ rộng, không được cùng một lúc bóc hết toàn bộ lớp

đất phủ phía tr ên hố ủ. Hàng ngày lấy thức ăn ủ cho giá súc ăn, sau đó cần dùng vảimưa hoặc bao tải che kín lại và tiếp tục không cho nước mưa thấm vào thức ăn ủ chua.

Loại thức ăn này có thể dùng cho gia sú ăn dần trong 4-5 tháng mà chất lượng vẫn tốt,

cho ăn sống, không nấu chín. Cho gia súc ăn tự do (theo khả năng mà chúng có thể ăn

được). Có thể trộn lẫn cám và thức ăn khác vào lá lạc ủ chua, nhưng nên cho ăn khô,

gia súc sẽ ăn được nhiều hơn. Thân lá lạc ủ chua giàu protein và vitamin, nên gia súc

ăn vào sẽ lớn nhanh, khỏe mạnh.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





CHƯƠ NG 5: ỨNG DỤNG Ủ COMPOST TỪ NGUỒN PHỤ PHẨM GIÀU XƠ

5.1. Định ngh ĩa compost:

Theo Haug, 1993 thì quá trình chế biến compost và compost được định nghĩa như

sau:

“Quá trình chế biến compost là quá trình phân hủy sinh học và ổn định của chất

hữu cơ dưới điều kiện nhiệt độ thermorpholic. Kết quả của quá tr ình phân

hủy sinh học tạo ra nhiệt, sản phẩm cuối cùng ổ định, không mang mầm bệnh và có ích

trong việc ứng dụng cho cây trồng”.

“Compos t l à sản phẩm củ a quá t r ình chế b iến compos t , đã đ ư ợ cổ đ ịnh như humus, không chứa các mầm bệnh, không lôi kéo các côn tr ùng, có thể

được lưu trữan toàn và có lợi cho sự phát triển của cây trồng”.

Cũng có thể hiểu phân hữu cơ sinh học là sản phẩm phân bón được tạo thành

thông qua quá trình lên men VSV các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc khác nhau (phế

thải nông, lâm nghiệp, phế thải chăn nuôi, phế thải chế biến, phế thải đô thị, phế thải

sinh hoạt…), trong đó các hợp chất hữu cơ phức tạp dưới tác động của VSV hoặc các

hoạt chất sinh học được chuyển hoá thành mùn.5.2. Các phản ứ ng sinh hoá xảy ra trong quá trình ủ:

5.2.1. Các phả n ứ ng sinh hoá:

Quá trình phân huỷ các chất có trong compost xảy ra khá phức tạ p, theo nhiều

giai đoạn và các sản phẩm trung gian.

Ví dụ: Quá trình phân huỷ protein bao gồm các bướ c:

Protein protides amino acids hợ p chất ammonium nguyên

dinh chất của vi khuẩn và N hoặc NH3.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Đối vớ i carbonhydrates, quá trình phân huỷ xảy ra theo các bướ c sau:

Carbonhydrate đường đơn acids hữu cơ CO2 và nguyên sinh chất

của vi khuẩn.

Chính xác là những chuyển hoá hoá sinh xảy ra trong quá trinh compost vẫn chưa

đượ c nghiên cứu chi tiết. Các giai đoạn khác nhau trong quá trình compost có thể phân

biệt theo sự biến thiên nhiệt độ sau:

Pha thích nghi (Latent phase): là giai đoạn cần thiết để cho VSV thích

nghi với môi trườ ng mớ i.

Pha tăng trưở ng (Growth phase): thể hiện sự gia tăng nhiệt độ trong quá

trình phân huỷ sinh học và làm cho nhiệt độ trong đống ủ tăng đến ngưỡ ng nhiệt độ

mesophilic.

Pha ưa nhiệt (Thermophilic phase): là giai đoạn nhiệt độ tăng cao nhất.

Trong phase này chất thải đượ c ổn định và tiêu diệt VSV gây bệnh hiệu quả nhất. Phản

ứng hoá sinh này được đặc trung bằng các phương tr ình (3.1) và (3.2) trong tr ườ ng hợ p

làm phân compost hiếu khí và k ị khí:

CONHS + O2 + VSV hiếu khí CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượ ng (3.1)

CONHS + O2 + VSV k ị khí CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượ ng (3.2)

Pha trưởng thành (Maturation phase): giai đoạn nhiệt độ đến mức

mesophilic và cuối cùng bằng nhiệt độ môi trường. Quá trình lên men lần

thứ hai xảy ra chậm và thích hợp cho sự hình thành chất keo mùn (là quá

trình chuyển hóa các phức chất hữu cơ thành mùn) và các chất khoáng (sắt,

canxi, nitơ …) và cuối cùng thành mùn. Các phản ứng nitrate hóa, trong đó amoni(sản phẩm phụ của quá trình ổn định hóa chất thải như tr ình bày ở hai phương trên) bị

oxy hóa sinh học tạo thành nitrit (NO2-) và cuối cùng thành nitrate (NO3

-) cũng xảy ra

như sau:



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





NH4+ +

NO2

- + 2H+ + H2O

NO2- +

NO3

-

K ết hợp hai phương tr ình trên, quá trình nitrate hoá diễn ra như sau:

NH4+ + 2O2 NO3

- + 2H+ + H2O (3.3)

Vì NH4+ cũng được tổng hợp trong mô tế bào, phản ứng đặc trưng cho quá tr ình

tổng hợp trong mô tế bào là:

NH4+ + 4CO2 + HCO3

- + H2O C5H7O2 N + 5O2 (3.4)

K ết hợp ( 3.3) và (3.4) ta có phương tr ình phản ứng nitrate hoá tổng cộng: 22NH4

+ + 37O2 + 4CO2 + HCO3- 21NO3

- + C5H7O2 N + 20H2O + 42H+

5.2.2. Các phản ứng sinh học:

Ủ compost là một quá tr ình sinh học mà các chất hữu cơ có trong phụ phế phẩm

giàu xơ bị biến đổi thành hcaats mùn ổn định cho hoạt động của các tổ chức cơ thể

sống trong điều kiện tự nhiên hiện. Các tổ chức này bao gồm các loại VSV như: vi

khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh (protozoa).

Các loại vi khuẩn thermophilic, hầu hết là các loài Bacillus đóng vai tr ò quantr ọng trong việc phân huỷ protein và hợp chất carbonhydrate. Mặc dù chỉ hoạt động

bên lớp ngoài của đống ủ và chỉ hoạt động vào giai đoạn cuối nhưng nhóm

Actinomycetes đóng vai tr ò quan tr ọng trong việc phân huỷ cellulose , lignin và các

chất bền vững khác. Sau giai đoạn tiêu thụ bậc 1 hay sơ cấp thực hiện xong, các chất

này sẽ là thức ăn cho VSV tiêu thụ thứ cấp như ve, bọ cánh cứng, giun tr òn, động vật

nguyên sinh và phiêu sinh.

Nitrosomonas bacteria

Nitrosomonas bacteria



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ compost:

5.3.1. Các yế u tố vậ t lý:

Nhiệt độ:

Nhiệt trong khối ủ là sản phẩm phụ của sự phân hủy các hợp chất hữu cơ bởi

VSV, phụ thuộc vào kích thước của đống ủ, độ ẩm, không khí và tỷ lệ C/N, mức độ xáo trộn và

nhiệt độ môi trường xung quanh.

.Nhiệt độ trong hệ thống ủ không hoàn toàn đồng nhất trong suốt quá

trình ủ, phụ thuộc vào lượng nhiệt tạo ra bởi các VSV và thiết kế của hệ thống.

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của VSV trong quá trình

chế biến phân hữu cơ và cũng là một trong các thông số giám sát và điều

khiển quá tr ình ủ compost. Trong luống ủ, nhiệt độ cần duy tr ì là 55 – 650C, vì ở nhiệt

độ này, quá trình chế biến phân vẫn hiệu quả và mầm bệnh bị tiêu diệt. Nhiệt

độ tăng trên ngưỡng này, sẽ ức chế hoạt động của VSV. Ở nhiệt độ thấp hơn, phân

hữu cơ không đạt tiêu chuẩn về mầm bệnh.

Nhiệt độ trong luống ủ có thể điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau

như hiệu chỉnh tốc độ thổi khí và độ ẩm, cô lập khối ủ với môi trường b ênngoài bằng cách che phủ hợp lý.

Bảng 5.1: Giới hạn chịu nhiệt tốt nhất của VSV

Vi sinh vật Nhiệt độ giới hạn( C) Nhiệt độ tốt nhất ( C)

Psychrophilic 0 – 30 15

Mesopilic 20 – 40 32

Thermophilic 40 – 70 55

(Nguồn: van Lierop et al)



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Độ ẩm:

Độ ẩm (nước) là một yếu tố cần thiết cho hoạt động của VSV trong quá

trình chế biến phân hữu cơ. Vì nước cần thiết cho quá tr ình hoà tan dinh dưỡng vàonguyên sinh chất của tế bào.

Độ ẩm tối ưu cho quá tr ình ủ compost nằm trong khoảng 50-60%. Các vi sinhvật

đóng vai tr ò quyết định trong quá tr ình phân hủy CTR thường tập trung tại

lớp nước mỏng tr ên bề mặt của phân tử CTR. Nếu độ ẩm quá nhỏ (< 30%) sẽ

hạn chế hoạt động của vi sinh vật, c òn khi độ ẩm quá lớn (> 65%) th ì quá

trình phân hủy sẽ chậm lại, sẽ chuyển sang chế độ phân hủy kỵ khí v ì quá

trình thổi khí bị cản trở do hiện tượng bít kín các khe rỗng không cho không khí đi

qua, gây mùi hôi, rò r ỉ chất dinh dưỡng và lan truyền vi sinh vật gây bệnh.

Độ ẩm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình ủ vì nước có

nhiệtdung riêng cao hơn tất cả các vật liệu khác.

Độ ẩm thấp có thể điều chỉnh bằng cách thêm nước vào. Độ ẩm cao có thể điều

chỉnh bằng cách trộn với vật liệu độn có độ ẩm thấp hơn như: mạt cưa, rơm rạ…

Thông thường độ ẩm của phân bắc, bùn và phân động vật thường cao hơn giá

tr ịtối ưu, do đó cần bổ sung các chất phụ gia để giảm độ ẩm đến giá trị cần

thiết.

Kích thước hạt:

Kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy và khả năng giữ ẩm. Quá tr ình

phân hủy hiếu khí xảy ra tr ên bề mặt hat, hạt có kích thước nhỏ sẽ có tổng

diện tích bề mặt lớn nên sẽ tăng sự tiếp xúc với oxy, gia tăng vận tốc phân

hủy. Tuy nhiên, nếu kích thước hạt quá nhỏ và chặt làm hạn chế sự lưu thông khí

trong đống ủ, điều này sẽ làm giảm oxy cần thiết cho các vi sinh vật trong đống ủ

và giảm mức độ hoạt tính của vi sinh vật .Ngược lại, hạt có kích thước quá lớn sẽ

có độ xốp cao và tạo ra các r ãnh khí làm cho sự phân bố khí không đều, không có

lợi cho quá tr ình chế biến phân hữu cơ.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Đường kính hạt tối ưu cho quá tr ình chế biến khoảng 3 – 50mm. Kích thước hạt

tối ưu có thể đạt được bằng nhiều cách như cắt, nghiền và sàng vật liệu thô ban đầu.

Độ xốp: Đây là một yếu tố quan trọng trong quá tr ình chế biến compost. Độ xốp tối ưu sẽ

thay đổi tuỳ theo loại vật liệu chế biến compost. Thông thường, độ xốp cho quá tr ình

chế biến diễn ra tốt khoảng 35 – 60%, tối ưu là 32 – 36%. Độ xốp thấp sẽ hạn chế

sự vận chuyển oxy, nên hạnchế sự giải phóng nhiệt và làm tăng nhiệt độ trong khối

ủ. Ngược lại, độ xốp cao có thể dẫn tới nhiệt độ trong khối ủ thấp, mầm bệnh không bị

tiêu diệt. Độ xốp có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng vật liệu tạo cấu trúc với tỉ

lệ trộn hợp lý.

Thổi khí:

Khối ủ được cung cấp không khí từ môi trường xung quanh để VSV sử

dụng cho sự phân hủy chất hữu cơ, cũng như làm bay hơi nước và giải phóng nhiệt.

Nếu khí không được cung cấp đầy đủ th ì trong khối ủ có thể có những vùng

k ị khí,gây mùi hôi.

Lượng không khí cung cấp cho khối phân hữu cơ có thể thực hiện bằng cách:

Đảo trộn.

Cắm ống tre.

Thải chất thải từ tầng lưu chứ tr ên cao xuống thấp.

Thổi khí.

Quá trình đảo trộn cung cấp khí không đủ theo cân bằng tỉ lượng. Điều

kiện hiếu khí chỉ thỏa mãn đối với lớp tr ên cùng, các lớp bên trong hoạt

động trong môi trường tuỳ tiện hoặc kị khí. Do đó, tốc độ phân hủy giảm v à

thời gian cần thiết để quá trình ủ phân hoàn tất bị kéo dài.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Cấp khí bằng phương pháp thổi khí đạt hiệu quả phân hủy cao nhất. Tuy

nhiên,lưu lượng khí phải được khống chế thích hợp. Nếu cấp quá nhiều khí sẽ dẫn đến

chi phí cao và gây mất nhiệt của khối phân, kéo theo sản phẩm không đảm bảo an toànvì có thể chứa vi sinh vật gây bệnh. Khi pH của môi trường trong khối phân lớn hơn 7,

cùng với quá tr ình thổi khí sẽ làm thất thoát nitơ dưới dạng NH3. Trái lại,

nếu thổi khí quá ít, môi trường bên trong khối phân tr ở thành k ị khí. Vận tốc thổi khí

cho quá trình ủ phân thường trong khoảng 5 –10m3 khí/tấn nguyên liệu/h.

5.3.2. Các yếu tố hoá sinh:

T ỷ lệ C/N:

Có r ất nhiều nguyên tố ảnh hưởng đến quá tr ình phân hủy do vi sinh vật: trong đó

carbon và nitơ là cần thiết nhất, tỉ lệ C/N là thông số dinh dưỡng quan trọng trong cân

bằng dinh dưỡng cho VSV; Photpho (P) l à nguyên t ố quan t rọng kế t i ếp ;

Lưu huỳnh (S) , canx i (Ca) v à các nguyên t ố v i lượng khác cũng

đóng vai t r ò quan t r ọng t rong t r ao đổ i chấ t .

Carbon cung cấp năng lượng và sinh khối cơ bản để tạo ra khoảng 50%

khối lượng tế bào VSV. Nitơ là thành phần chủ yếu của protein, acid

nucleic, acid amin, enzyme, co-enzyme cần thiết cho sự phát triển và hoạt động của

tế bào. Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá tr ình ủ phân rác khoảng 25 – 30. Ở mức tỷ

lệ thấp hơn, nitơ sẽ thừa và sinh ra khí NH3, nguyên nhân gây ra mùi khai. Ở

mức tỷ lệ cao hơn, sự phân hủy xảy ra chậm. Tỷ lệ C/N ở sản phẩm compost thông

thường thu được từ 15 – 20 là tốt nhất.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Tỷ lệ C/N của các chất thải khác nhau được tr ình bày trong bảng sau:

Bảng 5.2: T ỷ lệ C/N của chất thải.

Oxy:

Oxy cũng là một trong những thành phần cần thiết cho quá tr ình ủcompost. Không khí ở môi trường xung quanh cung cấp tới khối ủ compost

để VSV phân huỷ chất hữu cơ cũng như làm bay hơi nước và giải phóng

nhiệt độ. Nếu không khí không được cung cấp đầy đủ có thể h ình thành

những vùng k ị khí bên trong khối ủ compost có thể gây mùi hôi.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Lượng khí cung cấp vào khối ủ có thể thực hiện bằng phương pháp thủ

công nhưu đảo trộn theo chu kỳ thời gian, đặt các ống tre thông khí hoặc

thổi khsi bằng máy cấp khí. Quá trình đảo trộn nhằm cung cấp không khí chỉ thoả mãn điều kiện

hiếu khí đối với mặt tr ên khố ủ còn ở bên trong có thể là môi trường tuỳ

nghi hoặc kị khí. Do đó tốc độ phân huỷ và thời gian cần thiết để sản xuất

compost có thể kéo dài và gây mùi hôi khó chịu .

Các vi sinh vật hiếu khí có thể sống được ở nồng độ oxy bằng 5%. Nồng độ

oxylớn hơn 10% được coi là tối ưu cho quá tr ình ủ phân rác hiếu khí.

Dinh dưỡ ng:

Cung cấp đủ photpho, kali và các chất vô cơ khác như Ca, Fe, Bo, Cu,... là cần

thiết cho sự chuyển hóa c ủa vi sinh vật. Thông thường, các chất dinh dưỡng

này không có gi ới hạn bở i chúng h i ện d i ện phong phú t rong các vậ t

l iệu l àm nguồnnguyên liệu cho quá tr ình ủ compost.

pH:

Giá tr ị pH trong khoảng 5,5 – 8,5 là tối ưu cho các VSV trong quá tr ình ủcompost. Các VSV, nấm tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và thải ra các acid hữu

cơ. Trong giai đầu của quá tr ình ủ compost, các acid này bị tích tụ và k ết

quả là làm giảm pH, k ìm hãm sự phát triển của nấm và VSV, kìm hãm sự phân hủy

lignin và cellulose. Các acid hữu cơ sẽ tiếp tục bị phân hủy trong quá tr ình ủ compost.

Nếu hệ thống trở nên yếm khí, việc tích tụ các acid có thể làm pH giảm xuống đến 4,5

và gây ảnh hưởng nghiêm tr ọng đến hoạt động của VSV.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Bảng 5.3: Các thông số quan trọng trong quá tr ình ủ compost hiếu khí

(Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993).



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





5.4. Ủ compost bằng nguồn phụ phế phẩm giàu xơ:

Sử dụng VSV trong xử lý môi tr ườ ng là một hướng đi đúng đã và đang đượ c thế

giớ i cũng như trong nướ c quan tâm vớ i những lợ i ích: thân thiện, không tạo ra các sản

phẩm độc hại cho môi trườ ng, chi phí xử lý thấp,…Trong đó, chuyển hóa nguồn phế

thải sau thu hoạch giàu cellulose nhờ VSV là một giải pháp hữu ích vừa tạo nguồn

phân bón lớ n cung cấ p cho cây tr ồng vừa là giải pháp phát triển nông nghiệ p bền

vững.

Quy trình sản xuất chế phẩm sinh học Compost Maker bao gồm các chủng VSV:

VSV phân giải cellulose; VSV phân giải lân; VSV cố định đạm và VSV hỗ tr ợ trên nềnthan bùn có mật độ các chủng vi sinh vật từ 10 8 -10 9 CFU/g.

Việc sản xuất vi sinh vật từ phụ phẩm khá đơn giản và dễ thự hiện:

Xử lý thô nguồn nguyên liệu phụ phế phẩm nông nghiệ p và các nhà máy

chế biến.

Phối tr ộn vớ i chế phẩm Compost Maker và một vài phụ liệu khác như

đạm, kali, r ỉ mật… Độ ẩm cuối cùng của hỗn hợ p cần đạt từ 45-50%.

Ủ hỗn hợ p vớ i chiều cao tối đa của đống ủ 0,5 mét (nơi ủ có mái che để tránh

mưa). Sản phẩm phân bón hữu cơ thu được tơi xốp, đạt mật độ các chủng VSV đưa vào

xử lý lớn hơn hoặc bằng 10 6 CFU/g, không chứa các chủng VSV gây hại (như các loại

nấm Fusarium, Aspergillus niger và vi khuẩn gây bệnh héo xanh trên cây họ cà…),

hàm lượng nitơ, kali, photpho hữu hiệu đạt tiêu chuẩn về phân bón.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Chế phẩm Compost Maker và phân bón hữu cơ vi sinh đã rút ngắn thờ i gian xử lý

các hợ p chất hữu cơ các chủng vi sinh vật phân giải nhanh; rút ngắn thờ i gian xử lý phụ

phế phẩm; nhiệt độ sinh khối ủ tăng sau 1-2 ngày và đạt cực đại 45 - 700

C sau 7-15ngày.

Sau 30 ngày ủ, nguyên liệu đượ c phân huỷ 100%, bón cho cây chè năng suất tăng

25% so với khi chưa sử dụng nguồn phân hữu cơ vi sinh.

Sản phẩm tạo ra các chất giàu carbon chuyển hóa màu và dễ bị mùn, khử đượ c

mùi hôi, an toàn đối vớ i cây tr ồng, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trườ ng.

5.5. Chất lượ ng compost: dựa trên bốn yếu tố:

Mức độ lẫn tạ p chất: thuỷ tinh, plastic, đá, kim loại nặng, chất thải hoá học, thuốc

tr ừ sâu.

Nồng độ các chất dinh dưỡng: dinh dưỡng đa lượng như N, P, K; dinh dưỡ ng

trung lượng Ca, Mg, S; dinh dưỡng vi lượ ng Fe, Zn, Cu, Mo, Co, Bo,…

Mật độ VSV gây bệnh: thấ p ở mức không ảnh hưởng đến cây tr ồng.

Độ ổn định: độ chín hoại của phân và hàm lượ ng chất hữu cơ.

5.6. Tính cần thiết của compost:

C ải thiện cơ cấu đấ t: phân hữu cơ vi sinh khi bón vào đất sẽ làm cho nơi đó có

đất sét, đất bạc màu, đất quánh đượ c rã ra và khi gặ p lại đất cát lại làm cho đất cát r ờ i

dính lại với nhau, giúp đất thông khí dễ dàng.

Quân bình độ pH trong đấ t: phân hữu cớ vi sinh cũng ứng đầy đủ các chất hữu cớ

để chống lại sự thay đổi pH.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





T ạo ra sự màu mỡ trong đấ t: phân hữu cơ vi sinh chưa Nito, photpho, lân, magie,

lưu huỳnh nhưng đặc biệt là các chất đượ c hấ p thụ vào đất những gì đã mất đi.

Duy trì độ ẩm cho đấ t: các chất hữu cơ trong phân khi hoà tan vào đất sẽ tr ở

thành một miếng xốp hút nướ c r ồi luân chuyển nước vào trong đất nuôi cây. Nếu đất

thiếu chất hữu cơ sẽ khó thẩm thấu nướ c từ đó đất sẽ bị đóng màng làm nướ c bị ứ đọng

trên mặt sẽ gây lụt lội, xối mòn đất.

T ạo môi trườ ng t ố t cho các vi khuẩ n có lợi trong đấ t sinh số ng: phân hữu cơ vi

sinh có khả năng cung cấ p các chất dinh dưỡng làm cho đất tơi xố p, từ đó tạo ra môi

trườ ng sống cho các loại côn trùng và những loài vi sinh chống lại tuyến trùng làm hưr ễ cây cũng như tiêu diệt các loại côn trùng phá hoại đất, gây bệnh cho cây tr ồng.

Trung hòa độc tố trong đất trồng: Những nghiên cứu quan trọng gần đây chỉ ra

r ằng cây phát triển trong đất trồng có bón phân hữu cơ vi sinh, hấp thụ ít ch ì, kim loại

nặng và chất ô nhiễm của đô thị.

Dự trữ Nitơ: Phân hữu cơ vi sinh là nhà kho nitơ, vì nó bị r àng buộc trong quá

trình phân hủy, nitơ có thể hòa tan trong nước không bị thấm đi hay oxy hóa

vàokhông khí trong khoảng thời gian từ 3 – 6 tháng và phụ thuộc vào nhiều đống phân

được đổ có duy tr ì như thế nào.

Thông khí: Cây có thể đạt được 95% chất dinh dưỡng cần thiết từ

không khí,ánh sáng và nước. Đất trồng không chặt khít, khỏe mạnh giúp cho

sự khuếch tán không khi vào đất trồng trọt vào tro đổi chất dinh dưỡng và độ ẩm oxit

carbon được thoáng ra do chất hữu cơ, phân hủy khuếch ra ngoài đất trồng và

được hấp thụ bởi các vòm lá bên trên, được tạo ra bởi các cây cách đều nhau, gầnnhau.

Tân tiến nhất trong quá tr ình tái sinh: Đất cung cấp cho ta thực phẩm,quần áo và

nơi sinh sống chúng ta, khép kín chu tr ình cung cấp độ phì nhiêu, sức khỏe cộng đồng

thông qua chế biến các vật liệu.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Bả ng 5.4: Tiêu chuẩ n ngành 10 TCVN 525 – 2002 phân hữu cơ VSV từ bã mía

củ a Bộ Nông Nghiệ p và Phát Triể n Nông Thôn.

Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Mức

1. Hiệu quả đối vớ i cây tr ồng Tốt

2. Độ chín (hoai) cần thiết Tốt

3. Đườ ng kính hạt không lớn hơn mm 4-5

4. Độ ẩm không lớn hơn % 35

5. pH 6,0-8,0

6. Mật độ vi sinh vật hữu hiệu (đã đượ c tuyển

chọn) không nhỏ hơn

CFU/ g mẫu 106

7. Hàm lượ ng cacbon tổng số không nhỏ hơn % 13

8. Hàm lượng nitơ tổng số không nhỏ hơn % 2,5

9. Hàm lượ ng lân hữu hiệu không nhỏ hơ n % 2,5

10. Hàm lượ ng kali hữu hiệu không nhỏ hơn % 1,5

11. Thờ i hạn bảo quản không ít hơn tháng 6

( Nguồ n: Bộ Nông Nghiệ p và Phát Triể n Nông Thôn, 2002)



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG PHỤ PHẨM GIÀU XƠ TRONG VIỆC TẠO NGUỒN

NHIÊN LIỆU SẠCH (BIO-ETHANOL)

6.1. Giớ i thiệu:

Nguồn phế liệu nông nghiệ p và lâm nghiệ p có bản chất là lignocelluloses đang

đượ c thực nghiên cứu sản xuất làm cồn sinh học. Đó là một nguồn nguyên liệu dồi dào,

không những giúp hạn chế đượ c sự cạnh tranh nguồn đất dùng cho sản xuất thực phẩm

mà còn giúp cho việc tái sử dụng các nguồn phế liệu một cách hiệu quả nhất. Việc sản

xuất ethanol từ nguồn này đem lại nhiều nguồn lợi nhưng sự phát triển của nó đang bị

hạn chế bở i những khó khăn về mặt kinh tế và k ỹ thuật một cách tối ưu.

6.2. Cách thự c hiện:

6.2.1. Bướ c 1: Quá trình tiề n xử lý nguyên liệu:

Nhằm tạo ra một dạng cellulose đơn giản hơn để cho quá trình thuỷ phân dễ dàng

hơn, các enzyme có thể tiế p xúc tối đa với cơ chất tương thích. Phương thức và hiệu

quả của quá trình tiền xử lý thay đổi tuỳ thuộc vào đặc tính cấu trúc của nguồn nguyên

liệu đượ c lựa chọn.

Sơ đồ 6.1: Qui trình sả n xuấ t ethanol từ nguồ n phế liệu lignocellulose



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Giai đoạn này bao gồm:

Sử dụng cơ học làm giảm kích thướ c nguyên liệu.

Một số phương pháp hoá sinh để loại bỏ lignin (lignin là thành phần

không thế chuyển đổi thành ethanol). R ất nhiều phương pháp đượ c sử dụng bao gồm

các phương pháp hoá học trong đó phương pháp xử lý bằng hơi nướ c k ết hợ p vớ i xử lý

bằng acid/alkali đang đượ c sử dụng r ộng rãi. Tuy nhiên xử lý bằng phương pháp hoá

học gây nhiều tốn kém và ảnh hưởng đến môi trường, do đó hiện nay phương pháp

sinh học đang dần đượ c hoàn thiện hơn để thay thế toàn phần hay sử dụng k ết hợ p vớ i

các phương pháp hoá học. Bằng cách sử dụng các loại nấm như Cyathus sp,

Streptomyces viridosporus, Phelebia tremellosus, Pleurotus florida và Pleurotus

cornucopiae có khả năng phân huỷ lignin và hỗ tr ợ một phần thuỷ phân nguồn nguyên

liêuh cellulose. Tuy nhiên, thờ i gian xử lý sẽ kéo dài cũng là một hạn chế lớ n của

phương pháp này.

6.2.2. Bướ c 2: Thu ỷ phân nguồ n nguyên liệu bằ ng tổ hợ p enzyme:

Quá trình gây tiêu tốn nhiều chi phí trong gai đoạn sản xuất cồn. Bằng k ỹ thuật di

truyền, các nhà nghiên cứu đang hướng đến việc tạo ra một tổ hợ p enzyme có thể thuỷ

phân nguồn nguyên liệu lignocelluloses hiệu quả nhất. Thuỷ phân hoàn toàn nguồn

lignocelluloses cần có những sự chuyển đổi các nhóm polysaccharide sau:

Glucosidase tạo ra sản phẩm cuối cùng là glucose (β – 1,4 – glycoside).

Quá trình thuỷ phân bằng tổ hợ p enzuyme cellulose bao gồm cellobiohydrolase

(exoglucanase), endoglucose và β – D – glucose thông qua liên k ết β chuyển đổi

cellulose: Cellulose là loại polysaccharide đồng hình đượ c cấu thành từ các đơn phân. L- arabinofuranosidase, α – glucuronidase và α – xylosidase, β – xylanse

chuyển đổi hermicellulose: hermicellulose là thành phần dồi dào nhất thứ hai trong

nguồn nguyên liệu lignocelluloses (25 – 30%). Hermicellulose là một loại polymer dị

hình đượ c tạo thành từ các đơn phân pentose (D-xylose, D-arabinose), đơn phân hexose



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





(D-mannose, D- glucose, D-galactose) và các acid đườ ng. Xylan là thành phần thườ ng

thấy trong cây thân gỗ cứng, tuy nhiên glucomanan lại là thành phần chính trong các

loại thực vật thân mềm. tổ hợp enzyme để thuỷ phân hermicellulose cũng rất phức tạ p.

Chuyển hoá pectin: pectin là thành phần chiếm thứ ba trong nhóm polysaccharide cấu

thành nên vách tế bào thực vật. Tương tự pectin cũng có thể đượ c chuyển hoá thành

các dạng đườ ng hoà tan, ethanol hay biogas. Một số enzyme liên quan đến thuỷ phân

pectin như: polymethylgalacturanosidase, exopolygalacturanosidase, exopolygalactu-

ronase hydrolase.

Nguồn ezyme đượ c sử dụng phố biến hiện nay là Trichoderma reesei và

Aspergillus niger . Hiện nay, người ta đang thay thế dần các hệ enzyme chịu nhiệt, chịu

các điều kiện hoá học quá hạn. Hơn hết là các nghiên cứu về phức hợ p cellulosone của

các vi khuẩn k ỵ khí đang dần mở ra một con đườ ng mớ i nhằm tăng hiệu quả thuỷ phân

của tổ hợ p trên các loại nguyên liệu lignocelluloses.

6.2.3. Bướ c 3: Lên men cồ n từ hỗ n hợp đườ ng hoà tan:

Để sản xuất một lượ ng cồn lớ n thì việc lựa chọn một chủng nấm men thích hợ p là

r ất cần thiết. Những giống nấm men thường đượ c sử dụng trong sản xuất công nghiệ p

cồn như: Saccharomyces spp mà hiện tại một số loài như S.cerevisiea hay S. uvarum là

giống có khả năng tạo độ cồn cao (12-13%), hay đặc biệt S. oviformis có khả năng tạo

độ cồn 18% đặc biệt các loài nấm men này có khả năng lên men đượ c r ất nhiều đườ ng

khác nhau như: glucose, manose, saccharose, maltose và rafinose, tuy nhiên không có

khả năng lên men galactose. Ngoài ra còn có Zymononas mobilis cũng thường đượ c sử

dụng trong quá trình r ượ u hoá. Tuy nhiên cả Saccharomyces và Z ymononas sp đềuthiếu hoàn toàn khả năng chuyển hoá các loại đường pentose. Khuynh hướ ng biến đổi

gen của hai giống này nhằm giúp biểu hiện khả năng chuyển hoá 2 loại đườ ng pentose

phổ biến nhất là D-xylose, và L – arabinose cũng đã đượ c phát triển nhiều.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Gần đây, ngườ i ta phát hiện thấy có một số loài nấm men như: Pichia stipitis,

Candida shehatae, Pachyhysolen tannophillus là những chủng có khả năng chuyển hoá

xylose mạnh và đã đượ c dùng trong sản xuất ethanol. Trong đó P. stipilis lại nổi bật bở ikhả năng sản xuất hàm lượ ng cồn cao và nhu cầu dinh dưỡ ng của chúng không quá

phức tạ p so vớ i các giống nấm men khác.

Ngoài ra, các chủng chịu nhiệt độ cao như: G. thermoglucosidasius, T. mathranii,

T. saccharolyticum cũng đang đượ c sử dụng. Quá trình lên men cồn của chúng có nhiều

lợi ích hơn quá tr ình chuyển hoá xảy ra ở nhiệt độ trung bình. Chúng có khả năng lên

men không chỉ đườ ng pentose, hexose mà còn có khả năng lên men cellubiose, thậm chí

trong một số trườ ng hợ p những cơ chất polycarbonhydrate phức tạp như cellolose. Quá

trình lên men ở nhiệt độ cao giúp quá trình thu hồi sản phẩm dễ dàng hơn bở i vì ethanol

có chứa nướ c ( aqueous ethanol) sẽ bốc hơi ở nhiệt độ 550C, đồng thờ i làm giảm nồng

độ cồn trong bồn lên men nhằm giảm thiểu ảnh hưởng ngượ c lại của nồng độ cồn đến

sự phát triển của tế bào, từ đó giảm đượ c chi phí sản xuất.

6.2.4. Bước 4: Chưng cấ t – khử nướ c:

Quá trình tách nướ c và tinh sạch ethanol để đáp ứng đặc điểm k ỹ thuật nhiên liệu.

6.3. Kết luận:

Sự biến đổi phế liệu nông nghiệ p thành các nguồn nguyên liệu cụ thể là ethanol

còn là thách thức lớ n cho các nhà nghiên cứu và nhà sản xuất. Các chủng cần đượ c cải

tiến để tăng cườ ng tổng hợ p tổ hợ p enzyme thuỷ phân hiệu quả hay tăng cườ ng khả

năng chuyển hoá nhiều dạng đườ ng thành ethanol bằng k ỹ thuật biến đổi gen, biến đổi

quá trao đổi chất nên cần đượ c phát triển để tạo ra nguồn năng lượ ng chi phí thấ p màkhông ảnh hưởng đến môi trường trong tương lai.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





KẾT LUẬN

Trong quá trình sản xuất nông nghiệp hay chế biến nông sản, bên cạnh những sản

phẩm chính, dù muốn hay không chúng ta cũng còn có những phần sản phẩm phụ

khác. Khối lượng phụ phẩm này r ất lớn, thực sự là nguồn tài nguyên phong phú và có

giá tr ị nếu biết cách xử lý, nếu không, chúng có thể gây nên ô nhiễm môi trường.

Việc sử dụng tốt hơn các nguồn phụ phẩm này sẽ góp phần làm tăng thu nhập cho

nông dân và tăng thu nhập/ha đất nông nghiệp như mục tiêu 50 triệu đồng/ha.

Phụ phẩm nông nghiệp đều là những chất hữu cơ, có thể còn non, xanh; có thể đã

xơ cứng vì silic hoá như trấu hay lignin hoá như gỗ. Chúng còn có thể được xem như là

một dạng tích trữ năng lượng từ mặt trời nhờ quá tr ình quang tổng hợp và các quá trình

sinh học khác trong sản xuất nông nghiệp.

Thành phần xơ của phụ phế phẩm chủ yếu là cellulose, hemicelluloses và lignin,

chúng liện kết với nhau chặt chẽ làm nên vách tế bào thực vật gọi chung là

lignocellulose. Trong tự nhiên các vi sinh vật tổng hợp được các phức hợp enzyme

thủy phân lignin, hemicelluloses và cellulose do hoạt động hiệp lực của nhiều phức hợp

enzyme của cả một quần thể vi sinh vật.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Sử dụng enzyme để xử lý phụ phế phẩm giàu xơ là một phương pháp tiên tiến

làm tăng gia 1trị phụ phế phẩm nhưng trên thực tế đang gặp nhiều khó khăn vì người ta

chỉ phân lập được một số giới hạn vi sinh vật phâ hủy xơ và sản xuất được một số giới

hạn phức hợp enzyme cần thiết. Để tạo điều kiện cho các enzyme n ày hoạt động trong

tự nhiên (thức ăn giá súc nhai lại) hay ngoài tự nhiên (thủy phân xơ thành đường sản

xuất bioethanol). Các phụ phế phẩm giàu xơ cần được tiền xử lý loại bỏ lignin, phá vỡ

mạng lưới liên k ết chằng chịt lignin-hemicellulose – cellulose, phá vỡ cấu trúc tinh thể

cellulose để tạo điều kiện cho các cellulase và xylanase hoạt động dễ dàng hơn.

Ủ compost từ phụ phế phẩm giàu xơ cũng là biện pháp giúp xơ được phân hủy

nhanh hơn, kết hợp với các phụ phẩm khác tạo thành phân bón có giá tr ị. Quá tr ình này

được tăng cường sinh học bởi các chế phẩm EM chứa vi sinh vật phân hủy xơ đã được

phân lập và tuyển chọn.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Vũ Duy Giảng, Nguyễn Xuân Bá, Lê Đức Ngoan, Nguyễn Xuân Tr ạch, Vũ Chí

Cương, Nguyễn Hữu Văn (2008). Dinh dưỡ ng và thức ăn cho bò, Nhà xuất bản Nông

nghiệ p, Hà Nội.

2. Nguyễn Xuân Tr ạch (2003). S ử d ụng phụ phẩ m nuôi gia súc nhai lại, Nhà xuất

bản Nông nghiệ p, Hà Nội.

3. Phướ c Toàn, Thanh Mai, Công nghệ sản xuấ t cồn sinh học t ừ nguồn nguyên liệu

lignocelluloses, 6/2011, http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/cong-nghe-san-xuat-con-sinh-

hoc-tu-nguon-nguyen-lieu-lignocellulose.364084.html .

4. VHM Nguyễn, T ổ ng quan tài liệu, 6/2011,

http://tainguyenso.vnu.edu.vn/jspui/bitstream/123456789/2522/2/Nguyen%20vm%20h

anh-chuong1.doc .

5. Võ Thị Tườ ng Vi (2007). Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của biện pháp tăng

cườ ng sinh học trong sản xuấ t compost t ừ rác thải sinh hoạt, Trường Đại học K ỹ thuật

công nghệ TP.HCM, Hồ Chí Minh.

6.

PGS, TS Bùi Văn Chính, Chế biế n và sử d ụng có hiệu quả Nguồn phụ phẩ mnông nghiệ p, chứ a nhiề u chất xơ cho gia súc, 6/2011,

http://www.vcn.vnn.vn/PrintPreview.aspx?ID=3960 .

7. ThS. Huỳnh Ngọc Điền, S ử d ụng t ốt hơn nguồn phụ phẩm để tăng thu nhậ p,

6/2011, http://www.nguyencuong.com.vn/VNews.aspx?IDPar=16&IDChild=103.

8. Nguồn: S ố liệu thống k ê (2001) – NXB Thống kê, 2002; Bùi Văn Chính, Lê

Viết Ly, 1996,2001.

9. Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993. 10. Nguồn: Bộ Nông Nghiệ p và Phát Triển Nông Thôn, 2002.

11. Nguồn: Renjie Dong, Energy supply and environment protection in coutryside

development, 2007.



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN





Table of Contents

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1

1.1. Đặt vấn đề: ...................................................................................................... 11.2. Mục tiêu: ......................................................................................................... 2

1.3. Nội dung nghiên cứu: ...................................................................................... 2

1.4. Phương pháp thực hiện khóa luận: ............................................................ 2

CHƯƠNG 2: TỔ NG QUAN VỀ PHỤ PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP .......................... 3

2.1. Định ngh ĩa phụ phế phẩm nông nghiệ p: .......................................................... 3

2.2. Nguồn gốc, thành phần và tính chất phụ phế phẩm nông nghiệ p: ..................... 3

2.2.1. Nguồn gố c: ............................................................................................... 32.1.1. Thành phần và tính chấ t: .......................................................................... 4

2. 3.1. C ấ u trúc của lignocelluloses: ...................................................................... 6

2.3.2. Enzyme thủ y phân lignocelluloses: ............................................................ 19

2.4. Ứ ng dụng của enzyme lignocellulolytic: ........................................................ 25

CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ PHỤ PHẾ PHẨM GIÀU XƠ .. 27

3.1. Phương pháp vật lý:....................................................................................... 28

3.2. Phương pháp hoá học: ................................................................................... 293.3. Phương pháp sinh học: .................................................................................. 37

CHƯƠNG 4: Ứ NG DỤ NG PHỤ PHẨM GIÀU XƠ LÀM THỨC ĂN GIA SÚC ...... 38

4.1. Vai trò của đại gia súc đối vớ i việc phát triển nông thôn: ................................. 38

4.1.1. Cung cấ p sứ c kéo: .................................................................................. 38

4.1.2. Cung cấ p thự c phẩ m: .............................................................................. 39

4.1.3. Cung cấ p phân bón và chất đố t: ............................................................. 39

4.1.4. Cung cấ p nguyên liệu chế biế n: .............................................................. 404.2. Tìm hiểu về khả năng sử dụng thức ăn giàu xơ của GSNL: ........................... 40

4.2.1. Khả năng sử d ụng thức ăn giàu xơ: ........................................................ 40

4.2.2. H ệ vi sinh vật có trong d ạ cỏ: ................................................................. 43



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




4.3. Các qui trình chế biến phụ phẩm nông nghiệ p làm thức ăn GSNL: ................ 49

4.3.1. Quy trình chế biến rơm lúa bằng phương pháp xử lý ure – vôi: .............. 49

4.3.2. Quy trình chế biến và sử dụng tảng ure-r ỉ mật: ....................................... 514.3.3. Quy trình chế biến thân lá cây lạc bằng phương pháp ủ chua l àm thức ăncho lợn và trâu bò: ............................................................................................... 53

CHƯƠNG 5: Ứ NG DỤ NG Ủ COMPOST TỪ NGUỒ N PHỤ PHẨM GIÀU XƠ ...... 57

5.1. Định ngh ĩa compost: ..................................................................................... 57

5.2. Các phản ứng sinh hoá xảy ra trong quá trình ủ: ............................................ 57

5.2.1. Các phản ứ ng sinh hoá: .......................................................................... 57

5.2.2. Các phản ứng sinh học: .......................................................................... 595.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ủ compost: ............................................ 60

5.3.1. Các yế u t ố vật lý: .................................................................................... 60

5.3.2. Các yếu tố hoá sinh: ............................................................................... 63

5.4. Ủ compost bằng nguồn phụ phế phẩm giàu xơ: ............................................. 68

5.5. Chất lượ ng compost: dựa trên bốn yếu tố: ..................................................... 69

5.6. Tính cần thiết của compost: ........................................................................... 69

CHƯƠNG 6: Ứ NG DỤ NG PHỤ PHẨM GIÀU XƠ TRONG VIỆC TẠO NGUỒ N NHIÊN LIỆU SẠCH (BIO-ETHANOL) .................................................................... 72

6.1. Giớ i thiệu: ..................................................................................................... 72

6.2. Cách thực hiện: ............................................................................................. 72

6.2.1. Bướ c 1: Quá trình tiề n xử lý nguyên liệu: ............................................... 72

6.2.2. Bướ c 2: Thu ỷ phân nguồn nguyên liệu bằ ng t ổ hợ p enzyme: ................... 73


L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN

Tìm hiểu các phương pháp xử lý phụ phế phẩm giàu xơ

Documents

Transcript of Tìm hiểu các phương pháp xử lý phụ phế phẩm giàu xơ