Nghiên cứu hoạt tính enzyme từ lên men bồ hòn và rác thải hữu cơ

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hoạt tính enzyme từ quá trình lên men bồ hòn và rác thải hữu cơ, tạo ra chế phẩm sinh học có tác dụng tẩy rửa.

• Tác giả: Lê Thị Thùy Trang
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Đông Phương
• Trường học: Đại học Bách Khoa Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên cứu khảo sát hoạt tính một số enzyme của chế phẩm sinh học được tạo thành từ quá trình lên men bồ hòn kết hợp với rác thải hữu cơ
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Tổng quan luận văn Chế phẩm enzyme từ bồ hòn là gì

Trong bối cảnh môi trường và sức khỏe ngày càng được quan tâm, xu hướng sống xanh và zero waste đã thúc đẩy việc tìm kiếm các giải pháp bền vững. Luận văn tốt nghiệp về "Chế phẩm enzyme từ bồ hòn và rác thải hữu cơ" của tác giả Lê Thị Thùy Trang (2019) là một nghiên cứu khoa học tiêu biểu, mở ra hướng đi mới cho việc tận dụng phế phẩm nông nghiệp và rác thải sinh hoạt. Cốt lõi của nghiên cứu là tạo ra một loại chất tẩy rửa hữu cơ đa năng, an toàn và thân thiện với môi trường, được biết đến với tên gọi Garbage Enzyme (GE) hay bio enzyme. Sản phẩm này là kết quả của quy trình lên men tự nhiên từ quả bồ hòn, một loại thảo dược chứa saponin tự nhiên có khả năng tạo bọt và tẩy rửa, kết hợp với các loại rác thải hữu cơ như vỏ trái cây. Thay vì trở thành gánh nặng cho môi trường, enzyme từ rác nhà bếp được biến đổi thành một dung dịch chứa chuỗi protein, acid hữu cơ và muối khoáng có hoạt tính sinh học cao. Luận văn không chỉ chứng minh tính khả thi của phương pháp này mà còn đi sâu vào việc khảo sát hoạt tính của các enzyme sinh học quan trọng như amylase, protease và lipase, những nhân tố quyết định khả năng làm sạch vượt trội của sản phẩm. Đây là một giải pháp thiết thực cho việc xử lý rác thải tại nguồn, giảm thiểu sự phụ thuộc vào hóa chất tẩy rửa công nghiệp độc hại.

1.1. Giới thiệu về xu hướng sống xanh và zero waste

Phong trào sống xanh và zero waste (không rác thải) đang trở thành một lối sống được ưa chuộng toàn cầu. Mục tiêu chính là giảm thiểu tối đa lượng rác thải ra môi trường thông qua các hành động cụ thể như giảm tiêu thụ, tái sử dụng và tái chế. Trong đó, việc xử lý rác thải tại nguồn, đặc biệt là rác hữu cơ, đóng vai trò then chốt. Thay vì đưa rác ra bãi chôn lấp và gây phát thải khí metan, việc ngâm ủ rác hữu cơ để tạo ra các sản phẩm hữu ích như phân bón enzyme hay dung dịch tẩy rửa là một thực hành tiêu biểu của lối sống này. Sáng kiến này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn tiết kiệm chi phí sinh hoạt, đồng thời nâng cao ý thức trách nhiệm của cộng đồng đối với hệ sinh thái chung.

1.2. Khái niệm về bio enzyme và garbage enzyme GE

Thuật ngữ bio enzyme hay Garbage Enzyme (GE) dùng để chỉ một hỗn hợp phức hợp các acid hữu cơ, enzyme và muối khoáng, được tạo ra từ quá trình lên men rác thải hữu cơ (thường là vỏ rau củ, trái cây) với đường và nước. Đây là một phát kiến của Tiến sĩ Rosukon Poompanvong (Thái Lan), nhằm biến rác thải thành một sản phẩm có giá trị. Về bản chất, GE là một dung dịch chứa các enzyme sinh học như amylase (phân giải tinh bột), protease (phân giải protein) và lipase (phân giải chất béo). Nhờ các enzyme này, GE có khả năng làm sạch hiệu quả, khử mùi, xua đuổi côn trùng và thậm chí cải tạo đất, làm sạch nguồn nước. Đây là một giải pháp công nghệ sinh học đơn giản, chi phí thấp và có thể thực hiện ngay tại nhà.

1.3. Vai trò của quả bồ hòn trong chất tẩy rửa hữu cơ

Trong các nguyên liệu tự nhiên, quả bồ hòn (Sapindus mukorossi) giữ một vị trí đặc biệt quan trọng. Vỏ quả chứa một hàm lượng lớn saponin tự nhiên, một chất hoạt động bề mặt có khả năng tạo bọt và làm sạch tương tự xà phòng công nghiệp nhưng hoàn toàn lành tính. Công dụng của bồ hòn đã được biết đến từ lâu trong dân gian để giặt giũ và vệ sinh. Khi kết hợp quả bồ hòn vào quy trình lên men để tạo ra chất tẩy rửa hữu cơ, saponin không chỉ tăng cường khả năng làm sạch mà còn có tính kháng khuẩn tự nhiên, giúp sản phẩm cuối cùng hiệu quả hơn. Sự kết hợp này tạo ra một loại nước rửa chén sinh học hay nước lau sàn hữu cơ mạnh mẽ, an toàn cho da tay và hệ sinh thái.

II. Vấn đề rác thải hữu cơ và hóa chất tẩy rửa hiện nay

Xã hội hiện đại đối mặt với hai thách thức lớn về môi trường: sự gia tăng của rác thải hữu cơ và sự lạm dụng hóa chất tẩy rửa công nghiệp. Theo thống kê, rác thải hữu cơ chiếm một tỷ lệ đáng kể trong tổng lượng rác thải sinh hoạt. Nếu không được xử lý đúng cách, chúng sẽ phân hủy trong các bãi chôn lấp, tạo ra khí metan – một loại khí nhà kính có khả năng gây hiệu ứng nóng lên toàn cầu cao hơn nhiều lần so với CO2. Đây là một vấn đề cấp bách đòi hỏi các giải pháp xử lý rác thải tại nguồn. Song song đó, các sản phẩm tẩy rửa hóa học phổ biến trên thị trường chứa nhiều hợp chất như phốt phát, clo, và các chất hoạt động bề mặt tổng hợp. Các chất này sau khi sử dụng sẽ thải ra môi trường nước, gây hiện tượng phú dưỡng, tiêu diệt vi sinh vật có lợi và ảnh hưởng lâu dài đến hệ sinh thái thủy sinh. Đối với con người, việc tiếp xúc thường xuyên với hóa chất tẩy rửa có thể gây kích ứng da, các bệnh về đường hô hấp và tiềm ẩn nguy cơ sức khỏe khác. Vì vậy, việc tìm kiếm và phát triển các loại chất tẩy rửa hữu cơ, an toàn và có khả năng phân hủy sinh học cao, không còn là một lựa chọn mà đã trở thành một yêu cầu tất yếu để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường sống.

2.1. Tác hại của chất tẩy rửa hóa học đối với sức khỏe

Các sản phẩm tẩy rửa thông thường chứa nhiều hóa chất tiềm ẩn rủi ro cho sức khỏe người sử dụng. Các chất tạo mùi hương tổng hợp, chất bảo quản và chất tạo màu có thể gây dị ứng, kích ứng da, mắt và hệ hô hấp. Đặc biệt, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) có thể giải phóng vào không khí trong nhà, làm giảm chất lượng không khí và góp phần gây ra các vấn đề sức khỏe mãn tính. Việc tiếp xúc lâu dài có thể làm suy yếu hàng rào bảo vệ tự nhiên của da, dẫn đến khô da, nứt nẻ và viêm da. Do đó, việc chuyển sang sử dụng các sản phẩm thay thế như nước rửa chén sinh học làm từ nguyên liệu tự nhiên là một biện pháp bảo vệ sức khỏe chủ động cho cả gia đình.

2.2. Thách thức trong việc xử lý rác thải tại nguồn

Mặc dù lợi ích của việc xử lý rác thải tại nguồn là không thể phủ nhận, việc triển khai trên diện rộng vẫn gặp nhiều thách thức. Thiếu kiến thức và nhận thức của cộng đồng là rào cản lớn nhất. Nhiều người vẫn chưa hiểu rõ cách phân loại và ngâm ủ rác hữu cơ đúng cách. Bên cạnh đó, quá trình ủ phân truyền thống có thể gây ra mùi khó chịu và thu hút côn trùng nếu không được quản lý tốt, gây bất tiện cho các hộ gia đình ở khu vực đô thị. Do đó, các phương pháp đơn giản, hiệu quả và không gây mùi như sản xuất Garbage Enzyme từ enzyme từ rác nhà bếp cần được phổ biến rộng rãi hơn như một giải pháp thay thế khả thi và tiện lợi.

III. Phương pháp tạo enzyme từ bồ hòn và rác thải nhà bếp

Nghiên cứu của Lê Thị Thùy Trang (2019) đã hệ thống hóa một phương pháp hiệu quả để tạo ra chế phẩm enzyme từ bồ hòn và rác thải hữu cơ. Đây là một quy trình sinh học đơn giản nhưng mang lại hiệu quả cao. Nguyên liệu chính bao gồm quả bồ hòn khô đã tách hạt, cung cấp nguồn saponin tự nhiên; các loại enzyme từ rác nhà bếp như enzyme từ vỏ dứa và vỏ thanh trà, cung cấp đường cho quá trình lên men và các hợp chất có lợi khác; đường nâu (hoặc mật rỉ) làm nguồn thức ăn ban đầu cho vi sinh vật; và nước sạch. Quy trình lên men được thực hiện bằng cách phối trộn các nguyên liệu theo một tỷ lệ vàng. Cụ thể, nghiên cứu đề xuất tỷ lệ 1 phần đường : 3 phần rác hữu cơ (hỗn hợp bồ hòn và vỏ trái cây) : 10 phần nước. Hỗn hợp này sau đó được ngâm ủ rác hữu cơ trong các bình chứa kín khí trong khoảng 3 tháng. Trong giai đoạn đầu, cần thường xuyên xả khí gas sinh ra để tránh gây nổ bình. Sau 3 tháng, dung dịch thu được sẽ có màu nâu sẫm, mùi thơm chua nhẹ đặc trưng của quá trình lên men và có thể được lọc ra để sử dụng như một loại chất tẩy rửa hữu cơ đa dụng.

3.1. Nguyên liệu chính Công dụng của bồ hòn và phế phẩm

Sự thành công của chế phẩm phụ thuộc vào việc lựa chọn nguyên liệu. Quả bồ hòn là thành phần không thể thiếu, đóng vai trò như một chất tẩy rửa chính nhờ hàm lượng saponin cao. Trong khi đó, việc tận dụng phế phẩm nông nghiệp như vỏ dứa và vỏ thanh trà mang lại nhiều lợi ích kép. Vỏ dứa không chỉ cung cấp đường mà còn chứa enzyme bromelain, một loại protease tự nhiên giúp phân giải protein. Vỏ thanh trà (họ cam bưởi) giàu D-limonene, một hợp chất tạo mùi thơm dễ chịu và có khả năng kháng khuẩn, đồng thời pectin trong vỏ giúp tạo độ đặc tự nhiên cho sản phẩm cuối cùng.

3.2. Tỷ lệ vàng cho việc ngâm ủ rác hữu cơ hiệu quả

Tỷ lệ phối trộn nguyên liệu là yếu tố quyết định đến chất lượng của Garbage Enzyme. Công thức được khuyến nghị rộng rãi và được áp dụng trong luận văn là 1:3:10, tương ứng với 1 phần đường nâu (hoặc mật rỉ), 3 phần rác thải hữu cơ, và 10 phần nước. Đường đóng vai trò là chất xúc tác, cung cấp năng lượng cho vi sinh vật khởi động quy trình lên men. Rác hữu cơ là nguồn cung cấp enzyme và dinh dưỡng chính. Nước là dung môi cho toàn bộ quá trình. Tuân thủ đúng tỷ lệ này đảm bảo quá trình lên men diễn ra ổn định, tạo ra một sản phẩm bio enzyme chất lượng cao với độ pH acid phù hợp và hoạt tính enzyme mạnh mẽ.

IV. Bí quyết tối ưu quy trình lên men chế phẩm enzyme bồ hòn

Để đạt được hiệu quả tẩy rửa tối ưu, luận văn tốt nghiệp không chỉ dừng lại ở việc mô tả quy trình mà còn đi sâu vào phân tích các yếu tố ảnh hưởng. Một trong những phát hiện quan trọng nhất là việc so sánh giữa hai điều kiện lên men: hiếu khí (có oxy) và kỵ khí (không có oxy). Kết quả của nghiên cứu khoa học này chỉ ra rằng quy trình lên men trong điều kiện kỵ khí cho hoạt độ của cả ba enzyme amylase, protease và lipase cao hơn đáng kể so với điều kiện hiếu khí. Điều này có thể được giải thích do trong môi trường kỵ khí, các chủng vi sinh vật như nấm men và vi khuẩn lactic phát triển mạnh mẽ, chúng là những nhà máy sản xuất enzyme hiệu quả. Ngoài ra, việc kết hợp đa dạng nguyên liệu cũng là một bí quyết. Nghiên cứu cho thấy hỗn hợp gồm cả 3 thành phần (quả bồ hòn, vỏ dứa, vỏ thanh trà) cho hoạt độ enzyme mạnh nhất, vượt trội so với việc chỉ sử dụng một hoặc hai loại nguyên liệu. Sự cộng hưởng giữa saponin tự nhiên từ bồ hòn và các enzyme từ vỏ trái cây đã tạo ra một chất tẩy rửa hữu cơ có sức mạnh làm sạch vượt trội. Độ pH của dung dịch cũng là một chỉ số quan trọng, nó giảm dần theo thời gian, phản ánh quá trình chuyển hóa đường thành acid hữu cơ, tạo môi trường không thuận lợi cho vi khuẩn gây hại.

4.1. So sánh hiệu quả lên men hiếu khí và kỵ khí

Luận văn đã tiến hành thí nghiệm song song hai phương pháp lên men. Lên men hiếu khí được thực hiện trong bình có miệng được che bằng lưới, cho phép không khí lưu thông. Lên men kỵ khí được thực hiện trong bình đậy nắp kín, chỉ xả khí định kỳ. Kết quả cho thấy hoạt độ enzyme trong các mẫu lên men kỵ khí luôn cao hơn. Cụ thể, quá trình lên men kỵ khí tạo ra nhiều sản phẩm phụ có lợi như ethanol và các acid hữu cơ, đồng thời ức chế sự phát triển của các vi sinh vật không mong muốn, từ đó tối ưu hóa việc sản xuất enzyme sinh học.

4.2. Khảo sát hoạt tính enzyme amylase protease lipase

Hoạt tính của ba enzyme chính đã được đo lường định kỳ trong suốt quá trình lên men kéo dài 3 tháng. Amylase chịu trách nhiệm phân hủy các vết bẩn từ tinh bột (cơm, cháo). Protease phân hủy protein (thịt, trứng, sữa). Lipase có vai trò quyết định trong việc phân giải dầu mỡ. Kết quả phân tích định lượng cho thấy, hoạt độ của cả ba enzyme này tăng dần theo thời gian và đạt mức cao sau 90 ngày, đặc biệt ở mẫu 3 nguyên liệu lên men kỵ khí. Đây là bằng chứng khoa học vững chắc khẳng định khả năng tẩy rửa đa năng của chế phẩm enzyme từ bồ hòn.

4.3. Vai trò của hệ vi sinh vật trong quá trình chuyển hóa

Quá trình lên men không phải là một phản ứng hóa học đơn thuần mà là một quá trình sinh học phức tạp được điều khiển bởi một hệ vi sinh vật đa dạng, bao gồm nấm men, nấm mốc và vi khuẩn. Các vi sinh vật này có sẵn trên bề mặt vỏ trái cây hoặc nhiễm từ môi trường. Chúng sử dụng đường làm nguồn năng lượng để sinh trưởng và trong quá trình đó, chúng tiết ra các enzyme sinh học để phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp trong môi trường. Luận văn đã tiến hành khảo sát tổng số vi sinh vật và nhận thấy sự phát triển mạnh mẽ của chúng trong những tuần đầu, sau đó ổn định dần. Việc duy trì một hệ vi sinh vật khỏe mạnh là chìa khóa cho một mẻ Garbage Enzyme thành công.

V. Top ứng dụng thực tiễn của nước rửa chén sinh học bồ hòn

Sản phẩm cuối cùng từ quy trình lên men là một dung dịch đa năng với nhiều ứng dụng thực tiễn, góp phần hiện thực hóa lối sống xanh. Ứng dụng phổ biến nhất là làm nước rửa chén sinh học. Nhờ sự kết hợp của saponin tự nhiên từ quả bồ hòn và enzyme lipase, sản phẩm có khả năng làm sạch dầu mỡ hiệu quả mà không cần đến hóa chất mạnh, đặc biệt an toàn cho da tay và không để lại dư lượng hóa chất độc hại trên chén đĩa. Tương tự, nó có thể được pha loãng để làm nước lau sàn hữu cơ. Dung dịch này không chỉ làm sạch bề mặt mà còn khử mùi hôi, xua đuổi côn trùng như kiến, gián một cách tự nhiên. Ngoài ra, enzyme protease và amylase giúp nó trở thành một chất tẩy rửa quần áo hiệu quả, đặc biệt cho các vết bẩn hữu cơ. Trong nông nghiệp, dung dịch bio enzyme có thể được pha loãng để tưới cây, hoạt động như một loại phân bón enzyme giúp cải tạo đất và kích thích cây trồng phát triển. Phần bã rắn sau khi lọc có thể được dùng làm phân compost hoặc tiếp tục sử dụng cho mẻ lên men tiếp theo, thực hiện trọn vẹn chu trình zero waste.

5.1. Chế tạo nước rửa chén sinh học an toàn cho da tay

Đây là ứng dụng được quan tâm hàng đầu. Sản phẩm enzyme từ bồ hòn và rác thải hữu cơ có độ pH acid nhẹ, tương tự như độ pH tự nhiên của da, do đó không gây khô hay kích ứng. Khả năng phân giải dầu mỡ của enzyme lipase kết hợp với sức mạnh tạo bọt của saponin giúp làm sạch chén đĩa hiệu quả. Mùi thơm tự nhiên từ vỏ trái cây như enzyme từ vỏ dứa hay thanh trà cũng là một điểm cộng, mang lại cảm giác dễ chịu khi sử dụng.

5.2. Hướng dẫn làm nước lau sàn hữu cơ và thuốc trừ sâu

Để làm nước lau sàn hữu cơ, chỉ cần pha loãng dung dịch Garbage Enzyme với nước theo tỷ lệ 1:50 hoặc 1:100 tùy vào độ bẩn của sàn. Dung dịch này giúp loại bỏ bụi bẩn, vết dơ và để lại một bề mặt sạch bóng. Mùi hương tự nhiên và tính acid của sản phẩm còn có tác dụng xua đuổi côn trùng. Khi pha loãng với tỷ lệ cao hơn (khoảng 1:500), nó có thể được dùng để phun lên lá cây như một loại thuốc trừ sâu sinh học nhẹ, giúp ngăn ngừa nấm và sâu bệnh mà không gây hại cho cây trồng hay môi trường.

5.3. Sử dụng bã thải làm phân bón enzyme cho cây trồng

Sau khi chắt lọc lấy phần dung dịch lỏng, phần bã rắn còn lại là một nguồn dinh dưỡng hữu cơ quý giá. Bã thải này có thể được bón trực tiếp vào gốc cây, chôn xuống đất để cải tạo đất hoặc trộn với đất trồng. Nó hoạt động như một loại phân bón enzyme, cung cấp chất hữu cơ và hệ vi sinh vật có lợi cho đất, giúp đất tơi xốp, tăng khả năng giữ nước và dinh dưỡng, từ đó giúp cây trồng phát triển khỏe mạnh. Đây là một ví dụ hoàn hảo về việc tận dụng phế phẩm nông nghiệp và rác thải một cách triệt để.

VI. Hướng đi tương lai cho nghiên cứu enzyme từ bồ hòn

Mặc dù luận văn tốt nghiệp của Lê Thị Thùy Trang đã đạt được những kết quả đáng khích lệ, đây mới chỉ là bước khởi đầu cho một lĩnh vực đầy tiềm năng. Các nghiên cứu khoa học trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa hơn nữa quy trình lên men. Ví dụ, nghiên cứu có thể đi sâu vào việc xác định và phân lập các chủng vi sinh vật cụ thể có khả năng sản xuất enzyme hiệu suất cao nhất, từ đó phát triển các men vi sinh khởi động (starter culture) để rút ngắn thời gian lên men và ổn định chất lượng sản phẩm. Một hướng đi khác là đa dạng hóa công thức phối liệu, thử nghiệm với các loại rác thải hữu cơ khác nhau để tạo ra các sản phẩm chuyên dụng với các đặc tính riêng biệt, chẳng hạn như tăng cường khả năng kháng khuẩn hoặc tạo mùi hương đặc trưng. Việc nghiên cứu các phương pháp bảo quản để kéo dài thời hạn sử dụng của bio enzyme cũng là một vấn đề cần thiết nếu muốn thương mại hóa sản phẩm. Cuối cùng, việc đánh giá chi tiết hơn về mức độ an toàn, khả năng phân hủy sinh học và tác động thực tế đến hệ sinh thái khi sử dụng trên quy mô lớn sẽ cung cấp những bằng chứng khoa học vững chắc, thúc đẩy việc áp dụng rộng rãi chất tẩy rửa hữu cơ này trong cộng đồng, hướng tới một tương lai bền vững hơn.

6.1. Tổng kết kết quả chính từ luận văn tốt nghiệp

Luận văn tốt nghiệp đã chứng minh thành công việc tạo ra chế phẩm enzyme từ bồ hòn và rác thải hữu cơ có hoạt tính tẩy rửa. Các kết luận chính bao gồm: (1) Hỗn hợp 3 nguyên liệu cho kết quả tốt nhất; (2) Lên men kỵ khí hiệu quả hơn lên men hiếu khí; (3) Sản phẩm có hoạt tính của cả 3 enzyme amylase, protease, lipase, khẳng định khả năng làm sạch đa năng; (4) Sản phẩm có độ pH an toàn cho da và mùi thơm tự nhiên. Đây là những cơ sở khoa học quan trọng cho các ứng dụng thực tiễn.

6.2. Tiềm năng thương mại hóa sản phẩm enzyme sinh học

Với nhu cầu ngày càng tăng về các sản phẩm tiêu dùng xanh và sạch, enzyme sinh học từ bồ hòn có tiềm năng thương mại hóa rất lớn. Sản phẩm có thể được phát triển dưới dạng các loại nước rửa chén sinh học, nước lau sàn hữu cơ, hoặc các dung dịch tẩy rửa đa năng. Ưu điểm về chi phí sản xuất thấp do tận dụng phế phẩm nông nghiệp và quy trình đơn giản là một lợi thế cạnh tranh. Tuy nhiên, để đưa ra thị trường, cần có các nghiên cứu về tiêu chuẩn hóa chất lượng, đóng gói và bảo quản sản phẩm.

6.3. Các kiến nghị cho những nghiên cứu khoa học tiếp theo

Để phát triển hơn nữa lĩnh vực này, các nghiên cứu khoa học tiếp theo nên tập trung vào: (1) Tối ưu hóa các thông số lên men (nhiệt độ, pH, thời gian) để tối đa hóa hoạt độ enzyme. (2) Đa dạng hóa nguồn rác thải hữu cơ. (3) Nghiên cứu các hoạt tính sinh học khác như khả năng kháng khuẩn, kháng nấm. (4) Đánh giá mức độ an toàn của sản phẩm trên các mô hình sinh học. Những nghiên cứu này sẽ góp phần hoàn thiện công nghệ và tạo ra những sản phẩm Garbage Enzyme ngày càng hiệu quả và đáng tin cậy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về bồ hòn 1. Giới thiệu chung về bồ hòn Bồ hòn có tên khoa học là Sapindus mukorossi Gaertn, thuộc họ bồ hòn Sapindaceae [2]. Giới: Plantae Nhóm: Tracheobionta Lớp: Magnoliopsida Bộ: Magnoliophyta Họ: Sapindaceae Chi: Sapindus L Giống: Morida Loài: Sapindus mukorossi Geartn [15].

1 Bồ hòn [39] Bồ hòn có nhiều tên gọi khác nhau tùy theo mỗi vùng miền, đất nước. Tên nước ngoài như soap-nutree, soap-berry (Anh); savonnette, savounier (Pháp); reetha, aritha, dodan, doadni (Ấn Độ). Ở Việt Nam, bồ hòn được gọi là vô hoạn, bòn hòn, mộc hoạn tử, mác hón (Tày); co hón (Thái); thụ, lai patt (dân tộc núi Bà Rá - Biên Hòa) [1,2,39] Bồ hòn phân bố rải rác ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới, nhất là khu vực Nam Á, Ấn Độ, Srilanca và Malaysia. Ở Ấn Độ, quả bồ hòn được sử dụng như xà phòng, hơn nữa nó còn được xuất khẩu sang một số nước lân cận như Iran, Arap Saudi, Somali và Madagasca [1].

Đây là một loại cây rụng lá được trồng rộng rãi ở vùng cao của đồng bằng Ấn Độ, Shivaliks và các dãy núi thuộc dãy Himalaya ở độ cao từ 200m đến 1500m [16]. SVTH: Lê Thị Thùy Trang GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương 3 Nghiên cứu khảo sát hoạt tính một số enzyme của chế phẩm sinh học được tạo thành từ quá trình lên men bồ hòn kết hợp với rác thải hữu cơ Ở Việt Nam, bồ hòn phân bố rải rác hầu hết các tỉnh thuộc vùng núi thấp (thường dưới 1000m) và trung du, được trồng khắp các tỉnh miền Bắc, nhất là ở Bắc Giang, Yên Bái, Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Cạn, Thái Nguyên, Quảng Ninh, Hà Tây, Phú Thọ, Hà Giang, Tuyên Quang [1,2]. Đặc điểm thực vật của cây bồ hòn Bồ hòn là loại cây gỗ to ưa sáng, cao 5 - 10m hoặc hơn, rụng lá vào mùa khô. Vỏ cây có màu tối sậm, có nhiều đường sọc và những vết nứt không đều nhau.

Lá kép mọc so le, đầu nhọn, mép nguyên, gân nổi rõ ở cả hai mặt. Cụm hoa mọc ở đầu cành thành chùm, gồm rất nhiều hoa nhỏ, màu lục nhạt. Quả có hình cầu, đường kính khoảng 1 - 2 cm, màu vàng xanh nhạt. Khi chín, vỏ ngoài nhăn nheo, có màu vàng nâu nhạt, bên trong chứa một hạt hình cầu màu đen, dễ dàng tách rời khi trái khô.

2 Một số hình ảnh đặc điểm thực vật của bồ hòn [16,40] Bồ hòn có thể phát triển trên nhiều loại đất khác nhau, chịu được hạn, không chịu được úng và ra hoa quanh năm. Mùa quả chín thường trùng với thời kì lá rụng, vào khoảng tháng 10 – 11 [1,2]. Thành phần hóa học của bồ hòn Quả bồ hòn là nguồn nguyên liệu giàu saponin. Trong thịt quả có tới 18% saponin.

Các saponin chiết xuất từ bồ hòn có hoạt tính bề mặt mạnh, ngoài tính năng tẩy rửa còn có tính kháng khuẩn mạnh [3]. Cấu trúc của saponin chứa steroid, triterpenoid tan trong chất béo và một hoặc nhiều chuỗi carbohydrate tan trong nước. Ngoài ra, saponin có khả năng tạo bọt tuyệt vời và bọt tạo thành rất ổn định [35]. Nhờ vào các đặc tính trên, saponin được ứng dụng hiệu quả để tạo chất tẩy rửa tự nhiên.

Chất tẩy rửa tự nhiên có nguồn gốc từ bồ hòn đang ngày càng trở nên khá phổ biến ở Đài Loan và toàn cầu [33]. SVTH: Lê Thị Thùy Trang GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương 4 Nghiên cứu khảo sát hoạt tính một số enzyme của chế phẩm sinh học được tạo thành từ quá trình lên men bồ hòn kết hợp với rác thải hữu cơ Hạt bồ hòn chứa 9-10% dầu béo [1]. Hàm lượng đường trong trái bồ hòn khoảng 10% [40]. Tác dụng dược lý của bồ hòn 1.1 Ngăn ngừa ung thư Tác dụng ức chế sự hình thành khối u nhờ vào các cấu trúc khác nhau của thành phần saponin [16].2 Bảo vệ gan Chiết xuất từ bồ hòn được kết hợp rheum emodi có khả năng bảo vệ gan bị tổn thương của con chuột do tetrachloride carbon - CCl4 [16].3 Giảm căng thẳng Chiết xuất methanolic của bồ hòn (20 - 40 mg/l) có tác dụng giúp giảm căng thẳng đáng kể [16].4 Diệt vi khuẩn Chiết xuất ethanolic và chloroform của bồ hòn đã ức chế sự phát triển của Helicobacter pylori ở nồng độ rất thấp (2,5 µg/ml), khi dùng cho chuột đực uống trong 7 ngày.

Cao chiết với nước quả bồ hòn có tác dụng ức chế sự phát triển của Staphylococcus aureus. Staphylococus Pyogenes, Staphylococus Viridans và ức chế yếu các vi khuẩn: Diplococcus pneumoniae và Corynebacterium diphteriae [3].5 Diệt côn trùng Saponin có hoạt tính diệt côn trùng, ức chế sự tăng trưởng ở côn trùng. Thử nghiệm thì chỉ với 0,1% saponin đã có thể giết chết loài rệp sáp Acyrthosiphon pisum. Do đó, saponin có thể được sử dụng như một chất tự nhiên để kiểm soát côn trùng gây hại, phù hợp với nông nghiệp hiện đại và làm vườn [16].6 Diệt nấm Chiết xuất thô của bồ bòn có thể ức chế sự tăng trưởng mạnh mẽ của nấm men gây ra bệnh nấm Candida ở da [16].7 Chống Trichomonas Saponin ức chế khả năng bám vào tế bào Hela và làm giảm hoạt động phân giải protein của protease cysteine của ký sinh trùng [16].

Tổng quan về vỏ dứa và vỏ thanh trà 1. Vỏ dứa Vỏ dứa là nguồn tiềm năng để chiết xuất các hợp chất hoạt tính sinh học có lợi [17]. Vỏ dứa chứa hàm lượng đáng kể đường, các hợp chất phenolic, axit ferulic và SVTH: Lê Thị Thùy Trang GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương 5 Nghiên cứu khảo sát hoạt tính một số enzyme của chế phẩm sinh học được tạo thành từ quá trình lên men bồ hòn kết hợp với rác thải hữu cơ vitamin A và C là nguồn chất chống oxy hóa tiềm năng, chất xơ cao và chất đạm. Đặc biệt, vỏ dứa cũng cung cấp lượng enzyme protease tiềm năng cao [18].

Các hợp chất polyphenolic bao gồm: acid gallic (31,76 mg/100g chiết xuất khô), catechin (58,51 mg/100g), epicatechin (50,00 mg/100g) và axit ferulic (19,50 mg/100g) với các đặc tính sinh lý như: chống dị ứng, chống viêm, chống vi khuẩn, chống oxy hóa …[17]. 1 Thành phần gần đúng của vỏ dứa (g/100g vỏ khô) [19] Hàm lượng Protein Lipid Tro Cellulose Carbohydrates (g/100g quả tươi) thô 9,17±0,67 5,11±0,02 5,31±0,74 4,39±0,14 14,80±0,01 37,49±0,74 Bảng 1. 2 Thành phần khoáng chất của vỏ dứa (mg/100g vỏ khô) [19] Thành phần khoáng chất Canxi Kẽm Sắt Mangan 8. Vỏ thanh trà Vỏ thanh trà giàu các hợp chất hoạt tính sinh học, trong đó chứa hàm lượng cao naringin có vị đắng; flavone có hoạt tính chống viêm, chống oxy hóa.

Các thành phần khác cũng có tính ứng dụng cao: Nomilin có tác dụng ức chế ung thư da. Limonoid với đặc tính chống côn trùng được ứng dụng trong thuốc trừ sâu an toàn sinh học để kiểm soát dịch hại trong nông nghiệp và góp phần giảm ô nhiễm môi trường [32]. Vỏ thanh trà chứa chứa sắc tố tự nhiên flavonoid, carotenoid tác dụng chống oxy hóa và khử độc tố [32]. Ngoài ra, vỏ thanh trà giàu hợp chất hóa học terpenoid gọi là D-limonene chiếm hơn 90% tổng lượng tinh dầu, là chất tạo mùi thơm, được ứng dụng làm hương liệu và trong chất tẩy rửa [48].

Nó còn là một chất ức chế lên men, với hàm lượng cao có thể ức chế vi khuẩn phát triển [20,21]. Tinh dầu vỏ thanh trà có mùi thơm tự nhiên đặc trưng với tỷ lệ khoảng 0,80- 0,84% chủ yếu tạo nên từ các thành phần aldehydes, alcohols, xetones, este terpenoids, acid citric [3,13]. Vỏ giàu chiết xuất pectin, khoảng 30% theo khối lượng khô có độ bền gel [4,22]. Đã có nhiều nghiên cứu về tính ứng dụng đa dạng của vỏ này: được xem là phương pháp mới, chi phí thấp, vỏ thanh trà chứa chất hấp phụ khá hiếm ứng dụng trong việc hấp phụ thuốc nhuộm Reactive Blue 114 [23].

Aerogel carbon có nguồn gốc từ vỏ thanh trà có SVTH: Lê Thị Thùy Trang GVHD: Nguyễn Thị Đông Phương 6 Nghiên cứu khảo sát hoạt tính một số enzyme của chế phẩm sinh học được tạo thành từ quá trình lên men bồ hòn kết hợp với rác thải hữu cơ khả năng hấp thụ hiệu quả nhiều loại chất ô nhiễm/dầu hữu cơ [15]. Ứng dụng làm nguyên liệu sản xuất ethanol hiệu quả thông qua quá trình lên men [22]. Với các thành phần và đặc tính như trên thì vỏ dứa và vỏ thanh trà là nguyên liệu hiệu quả để tạo GE có tính khử trùng tốt, an toàn, có mùi thơm dễ chịu và tạo được độ đặc cho sản phẩm GE. Tổng quan về enzyme từ rác thải – garbage enzyme (GE) 1.

Khái niệm về GE Sản phẩm lên men từ rác thải hữu cơ được phát triển bởi nhà nghiên cứu Tiến sĩ Rosukon Poompanvong từ Thái Lan vào năm 2003 với hơn 30 năm nghiên cứu và khuyến khích sản xuất, sử dụng nhằm hạn chế sự nóng lên toàn cầu. Đây là một hỗn hợp phức tạp màu nâu sẫm gồm: chuỗi protein (enzyme), acid hữu cơ và muối khoáng được tạo ra dễ dàng từ quá trình lên men rác thải hữu cơ (vỏ trái cây, rau), đường (đường nâu hoặc mật rỉ) và nước với tỷ lệ tương ứng là 3 : 1 :10 trong 3 tháng. Các chức năng của GE là phân giải, biến đổi, kết hợp và xúc tác [21,40]. Bản chất của GE Quá trình tạo GE thực chất là quá trình chuyển hóa nguồn carbohydrate có trong dung dịch lên men có thể là một hỗn hợp hòa tan (glucose, fructose và sucrose) và không hòa tan (cellulose và hemicellulose) dưới tác động của các nhóm vi sinh vật khác nhau hiện diện trên vỏ trái cây nguyên liệu hoặc nhiễm từ môi trường ngoài vào [21].

GE được xem như là dung dịch thô chủ yếu chứa các enzyme thủy phân, là chất xúc tác sinh học các phản ứng sinh hóa như amylase, protease, lipase, pectinase [21]. Do đó, dịch lọc GE có thể được sử dụng làm chất tẩy rửa, loại bỏ vết bẩn giúp giảm việc sử dụng chất tẩy rửa hóa học thương mại. Còn cặn tách ra có thể được sử dụng cho các đợt lên men tiếp theo hoặc làm phân bón [21]. Lợi ích của GE GE là một chất lỏng đa năng, được ứng dụng rộng rãi trong hộ gia đình, nông nghiệp và cả chăn nuôi …[41].

Cụ thể GE có công dụng như: vệ sinh đồ gia dụng, giặt áo quần; loại bỏ vết bẩn, mùi hôi; làm sạch rau quả và trái cây; xử lý tắc nghẽn ống cống; thuốc chống côn trùng, phân bón cho cây trồng…Trong đó, enzyme tạo ra trong GE được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp và công nghiệp [21].