Nghiên Cứu Xây Dựng Quy Trình Sản Xuất Phân Bón Dạng Nước Từ Nguyên Liệu Khô Đậu Tương

Khám phá quy trình sản xuất phân bón dạng nước từ khô đậu tương qua nghiên cứu chi tiết, ứng dụng hiệu quả trong nông nghiệp bền vững.

• Tác giả: Triệu Thị Liễu
• Người hướng dẫn: ThS. Đinh Thị Kim Hoa
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Xây Dựng Quy Trình Sản Xuất Phân Bón Dạng Nước Từ Khô Đậu Tương
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• MỤC LỤC
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.2. Mục tiêu tổng quát
• 1.3. Mục tiêu cụ thể
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.4.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
• 1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tổng quan về khô đậu tương
• 2.1.1. Khô đậu tương
• 2.1.2. Phân loại
• 2.2. Yêu cầu kỹ thuật
• 2.2.1. Yêu cầu về cảm quan và vệ sinh
• 2.2.2. Yêu cầu về chỉ tiêu hóa lý
• 2.3. Sản lượng khô đậu tương trên thế giới
• 2.4. Tổng quan về phân bón hữu cơ
• 2.4.1. Các khái niệm về phân bón dạng hữu cơ
• 2.4.2. Tầm quan trọng của phân bón hữu cơ
• 2.4.3. Một số quy trình sản xuất phân bón hữu cơ
• 3. PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 3.3. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất
• 3.4. Nội dung nghiên cứu
• 3.5. Phương pháp nghiên cứu
• 3.5.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
• 3.5.2. Phương pháp phân tích hoá lý
• 3.5.3. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Khảo sát một số thành phần hóa học cơ bản của khô đậu tương
• 4.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của loại enzyme tới chất lượng phân bón dạng nước
• 4.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của loại chế phẩm EM tới chất lượng phân bón dạng nước
• 4.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn enzyme (chọn từ nội dung 1) và EM (chọn từ nội dung 2) tới chất lượng phân bón dạng nước
• 4.5. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ nước bổ sung tới chất lượng phân bón dạng nước
• 4.6. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ủ EM và enzyme tới chất lượng phân bón dạng nước
• 4.7. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ủ EM và enzyme tới chất lượng phân bón dạng nước
• 4.8. Hoàn thiện quy trình sản xuất phân bón dạng nước từ khô đậu tương
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHẦN PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Quy trình sản xuất phân bón

Quy trình sản xuất phân bón dạng nước từ khô đậu tương bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, nguyên liệu khô đậu tương được sơ chế để loại bỏ tạp chất và chuẩn bị cho quá trình thủy phân. Sau đó, khô đậu tương được thủy phân bằng enzyme và chế phẩm EM (Effective Microorganisms) để chuyển đổi protein thành các axit amin và peptit ngắn. Quá trình này không chỉ giúp tăng cường giá trị dinh dưỡng của phân bón mà còn cải thiện khả năng hấp thụ của cây trồng. Cuối cùng, sản phẩm được kiểm tra chất lượng và đóng gói để đưa ra thị trường. Quy trình này không chỉ tạo ra phân bón hữu cơ an toàn mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

1.1. Sơ chế nguyên liệu

Sơ chế nguyên liệu là bước đầu tiên trong quy trình sản xuất phân bón. Khô đậu tương cần được làm sạch để loại bỏ bụi bẩn và tạp chất. Việc này đảm bảo rằng nguyên liệu đầu vào đạt tiêu chuẩn chất lượng cao nhất. Sau khi sơ chế, khô đậu tương sẽ được nghiền nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc trong quá trình thủy phân. Điều này giúp enzyme và chế phẩm EM dễ dàng tác động lên protein trong khô đậu tương, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất phân bón. Sơ chế nguyên liệu không chỉ là bước quan trọng mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

1.2. Thủy phân khô đậu tương

Thủy phân khô đậu tương là bước quan trọng trong quy trình sản xuất phân bón dạng nước. Enzyme và chế phẩm EM được bổ sung vào khô đậu tương đã được sơ chế. Quá trình thủy phân diễn ra trong điều kiện kiểm soát nhiệt độ và thời gian để đảm bảo enzyme hoạt động hiệu quả nhất. Kết quả của quá trình này là sự chuyển đổi protein thành các axit amin và peptit ngắn, cung cấp nguồn dinh dưỡng phong phú cho cây trồng. Nghiên cứu cho thấy rằng phân bón dạng nước từ khô đậu tương có tác dụng tích cực đến sự phát triển của cây trồng, đặc biệt là trong giai đoạn sinh trưởng đầu đời.

1.3. Kiểm tra chất lượng và đóng gói

Sau khi hoàn thành quá trình thủy phân, sản phẩm phân bón dạng nước cần được kiểm tra chất lượng để đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn về dinh dưỡng và an toàn. Các chỉ tiêu như hàm lượng protein hòa tan, độ pH và các chất độc hại sẽ được phân tích. Nếu sản phẩm đạt yêu cầu, nó sẽ được đóng gói và chuẩn bị cho việc phân phối ra thị trường. Việc kiểm tra chất lượng là rất quan trọng để đảm bảo rằng sản phẩm không chỉ hiệu quả mà còn an toàn cho người tiêu dùng và môi trường.

II. Ứng dụng phân bón dạng nước

Phân bón dạng nước từ khô đậu tương có nhiều ứng dụng thực tiễn trong nông nghiệp. Sản phẩm này không chỉ cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng mà còn cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước và thúc đẩy sự phát triển của hệ vi sinh vật có lợi. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng phân bón dạng nước giúp tăng năng suất cây trồng, đặc biệt là trong các hệ thống canh tác công nghệ cao. Hơn nữa, phân bón dạng nước còn giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do không chứa các chất độc hại như phân bón hóa học.

2.1. Tác dụng của phân bón đối với cây trồng

Phân bón dạng nước từ khô đậu tương đã được chứng minh là có tác dụng tích cực đến sự phát triển của cây trồng. Các nghiên cứu cho thấy rằng cây trồng được bón phân dạng nước có khả năng sinh trưởng tốt hơn, cho năng suất cao hơn so với cây trồng không được bón. Điều này là nhờ vào việc cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây, đồng thời cải thiện khả năng hấp thụ nước và chất dinh dưỡng từ đất. Phân bón dạng nước cũng giúp cây trồng chống lại các bệnh tật và dịch hại hiệu quả hơn.

2.2. Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường

Việc sử dụng phân bón dạng nước từ khô đậu tương không chỉ mang lại lợi ích cho cây trồng mà còn góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. Phân bón hóa học thường gây ra ô nhiễm đất và nước, trong khi phân bón hữu cơ dạng nước từ khô đậu tương an toàn hơn cho môi trường. Sản phẩm này không chứa các chất độc hại và có thể phân hủy tự nhiên, giúp cải thiện chất lượng đất và bảo vệ nguồn nước. Sự chuyển đổi từ phân bón hóa học sang phân bón hữu cơ là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển nông nghiệp bền vững.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong canh tác nông nghiệp, phân bón là một trong những vật tư thiết yếu đóng góp từ 30% đến 35% tổng sản lượng cây trồng theo đánh giá của Viện Dinh dưỡng Cây trồng Quốc tế (IPNI). Trước sức ép gia tăng dân số toàn cầu dự báo đạt khoảng 8,5 tỷ người vào năm 2020, việc thâm canh gia tăng năng suất đã dẫn đến tình trạng lạm dụng phân bón hóa học. Thực trạng này gây ra nhiều hệ lụy tiêu cực đối với hệ sinh thái đất và môi trường: làm biến đổi cấu trúc đất, khiến đất chai cứng, giảm tỷ lệ thông khí và khả năng giữ nước; gây chua hóa hoặc mặn hóa đất; tiêu diệt hệ vi sinh vật bản địa có ích; làm gia tăng các ion kim loại linh động như nhôm (Al), mangan (Mn), sắt (Fe) gây ngộ độc rễ; tích lũy kim loại nặng đi vào chuỗi thức ăn; và rửa trôi gây ô nhiễm nguồn nước ngầm.

Song song đó, hoạt động chế biến nông sản tại Việt Nam phát sinh khối lượng phế phụ phẩm rất lớn, tạo áp lực nghiêm trọng về bãi chứa và ô nhiễm môi trường. Khô dầu đậu tương là nguồn phế phụ phẩm giàu hàm lượng protein thô sau quá trình chiết tách dầu thực vật. Việc chuyển hóa nguồn phế phẩm này thành phân bón hữu cơ dạng nước cung cấp axit amin và peptide ngắn mạch được xem là giải pháp thay thế bền vững, đặc biệt phù hợp với mô hình nông nghiệp công nghệ cao và nhà kính.

Đề tài "Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất phân bón dạng nước từ nguồn nguyên liệu khô đậu tương" do sinh viên Triệu Thị Liễu thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Đinh Thị Kim Hoa tại Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên (khóa 2014 – 2018) nhằm giải quyết các vấn đề thực tiễn trên.

Mục tiêu của đề tài:

• Mục tiêu tổng quát: Xây dựng được quy trình sản xuất phân bón cây trồng dạng nước từ nguồn nguyên liệu khô đậu tương.
• Mục tiêu cụ thể:
  1. Nghiên cứu lựa chọn loại chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu (EM) và enzyme, xác định tỉ lệ bổ sung thích hợp để sản xuất phân nước từ nguồn nguyên liệu khô đậu tương;
  2. Nghiên cứu lựa chọn tỉ lệ nước bổ sung, nhiệt độ và thời gian ủ chế phẩm EM cùng enzyme thích hợp;
  3. Hoàn thiện quy trình sản xuất phân bón dạng nước từ khô đậu tương.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Khô đậu tương thu nhận từ nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi của Công ty Marphavet Thái Nguyên (quy cách bao 50 kg); chế phẩm vi sinh EM (MEN-TS.01 và BESTOT N02); 3 loại enzyme protease thương mại (Bromelain, Alcalase, SEB-Neutral PL); giống dưa lưới AB – Nhật Bản làm đối tượng thử nghiệm nông học.
• Phạm vi nghiên cứu: Thí nghiệm công nghệ ở quy mô phòng thí nghiệm và thử nghiệm hiệu lực sinh học trên cây trồng tại mô hình nhà lưới.
• Địa điểm và thời gian: Thực hiện tại Khoa Công nghệ sinh học – Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên, từ ngày 11/12/2017 đến ngày 03/06/2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận dựa trên cơ sở khoa học về cấu trúc thành phần của khô dầu đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) và phản ứng xúc tác sinh học phân giải protein. Khô đậu tương là phụ phẩm sau khi ép lấy dầu bằng cơ học hoặc chiết ly bằng dung môi hexane, bao gồm hai dạng: tách vỏ (protein thô khoảng 48%) và không tách vỏ (protein thô khoảng 44%). Tiêu chuẩn kỹ thuật của nguyên liệu được đối chiếu theo văn bản số 341/GP-BC ngày 03/8/2007 của Viện Chăn nuôi (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn) và Thông tư số 103/2015/TT-BTC của Bộ Tài chính.

Quá trình phân giải đại phân tử protein thành oligopeptide và axit amin hòa tan ứng dụng cơ chế xúc tác enzyme theo thuyết tiếp xúc cảm ứng của Koshland, kết hợp hệ vi sinh vật hữu hiệu EM do GS.TS. Teruo Higa (Đại học Ryukyus, Nhật Bản) thiết lập từ những năm 1980. Các tác nhân sinh học được khảo cứu gồm:

• Chế phẩm enzyme protease: Alcalase (endo-protease serine hoạt động trong dải pH 6,5–8,5 và nhiệt độ 45–65°C), SEB-Neutral PL (protease từ vi khuẩn Bacillus không biến đổi gen, hoạt động ở 35–60°C, pH 5,5–7,5, đạt tiêu chuẩn ISO 9002 và quy chuẩn FAO/WHO JECFA, FCC, IFOAM), Bromelain (protease nguồn gốc thực vật trích từ thân và quả dứa họ Bromeliaceae, vùng hoạt động 55°C, pH 5–8).
• Chế phẩm vi sinh vật EM: MEN-TS.01 (nhập khẩu từ Mỹ, chứa hỗn hợp Lactobacillus ssp. $2 \times 10^8$ CFU/g, Bacillus subtilis $2 \times 10^8$ CFU/g, Bacillus ssp. $2 \times 10^8$ CFU/g, nấm men Saccharomyces ssp. $2 \times 10^8$ CFU/g) và BESTOT N02 (nhập khẩu bởi Công ty TNHH Sinh học Toàn Cầu, chứa Bacillus subtilis $1 \times 10^9$ CFU/g).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và phân tích hóa lý gồm:

• Bố trí thí nghiệm: Thực nghiệm đơn nhân tố (One-way ANOVA) lặp lại 3 lần trên khối lượng 60 g nguyên liệu cho từng mẻ khảo sát thông số: tuyển chọn loại enzyme, tuyển chọn loại EM, xác định tỉ lệ phối trộn EM/enzyme, tỉ lệ cơ chất/nước, nhiệt độ ủ và thời gian ủ.
• Phương pháp xác định protein hòa tan: Phương pháp định lượng Lowry dựa trên phức chất đồng - protein khử thuốc thử Folin-Ciocalteu tạo màu xanh da trời, đo mật độ quang học (OD) tại bước sóng 750 nm qua đường chuẩn Albumin huyết thanh bò (BSA 1 mg/ml).
• Phương pháp xác định chất béo: Trích ly bằng dung môi hữu cơ trên thiết bị Soxhlet với tần suất 5–6 chu trình/giờ, sấy đuổi dung môi ở 100–105°C đến khối lượng không đổi.
• Phương pháp xác định độ ẩm và tro: Xác định độ ẩm bằng sấy đối lưu ở 100–105°C; xác định tro toàn phần bằng phương pháp nung vô cơ hóa hoàn toàn trong lò nung ở nhiệt độ 550–600°C trong 6–7 giờ (kết hợp tác nhân oxy hóa $H_2O_2$ hoặc $HNO_3$ đậm đặc).
• Đo pH: Sử dụng máy đo pH điện cực thủy tinh đã hiệu chuẩn tại hai mốc dung dịch đệm chuẩn pH 7,00 và pH 4,00.
• Khảo nghiệm sinh trưởng dưa lưới: Đánh giá chiều cao thân (cm), số lá, số tua cuốn, số hoa đực/hoa cái lúc nở rộ, khối lượng quả trung bình (g) trên dưa lưới AB – Nhật Bản theo quy trình ban hành kèm Quyết định số 3073/QĐ-BNN-KHCN ngày 28/10/2009 của Trung tâm Khuyến nông Quốc gia; dung dịch phân bón nước được pha loãng với nước sạch theo tỉ lệ 1:10 khi bón.
• Phương pháp xử lý số liệu: Phân tích phương sai một nhân tố (One-way ANOVA) và kiểm định Duncan ở mức ý nghĩa thống kê $\alpha = 0,05$ bằng phần mềm SPSS 20.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Phần này làm rõ cơ sở lựa chọn đề tài xuất phát từ áp lực an ninh lương thực và những tác động thoái hóa đất nghiêm trọng do canh tác vô cơ. Tác giả phân tích tiềm năng của phân bón hữu cơ dạng nước trong việc nâng cao hiệu quả hấp thu dinh dưỡng và tái chế phế phụ phẩm công nghiệp dầu thực vật. Khóa luận xác lập hệ thống mục tiêu, ý nghĩa khoa học trong việc làm sáng tỏ quá trình thủy phân protein đậu tương bằng enzyme kết hợp vi sinh vật, cùng ý nghĩa thực tiễn phục vụ mô hình nông nghiệp công nghệ cao.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương tổng quan cung cấp cơ sở dữ liệu toàn diện về nguyên liệu khô đậu tương, thị trường nông sản thế giới niên vụ 2017/18 (theo số liệu dự báo của USDA/VITIC: sản lượng toàn cầu đạt 348,57 triệu tấn, sản lượng nghiền ép đạt 301,45 triệu tấn). Tác giả hệ thống hóa các định nghĩa pháp lý về phân bón, phân bón hữu cơ sinh học, phân bón dạng lỏng; phân tích các sơ đồ công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ từ phế phẩm nông nghiệp và quy trình thủy phân phụ phẩm thủy sản bằng enzyme Protamex. Đồng thời, tài liệu điểm luận các công trình nghiên cứu phân bón lỏng quốc tế (Thendral và ctv năm 2014 trên cây cà tím, Nelson và ctv năm 2010 trên hoa Petunias) và nêu rõ khoảng trống nghiên cứu quy trình chuẩn hóa từ khô đậu tương tại Việt Nam. Phần này cũng trình bày chi tiết đặc tính sinh học của 5 nhóm vi sinh vật trong chế phẩm EM và động thái xúc tác của các protease Alcalase, SEB-Neutral PL, Bromelain.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày cụ thể quy cách nguyên liệu, nguồn gốc hóa chất (thuốc thử Folin-Ciocalteu, Acid Sorbic nguồn gốc Trung Quốc), danh mục thiết bị (máy ly tâm, tủ sấy, bể ổn nhiệt, chiết quang kế, cân điện tử). Thiết kế chi tiết 6 công thức thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố và quy trình thử nghiệm sinh học trên cây dưa lưới. Mô tả chi tiết nguyên tắc phản ứng, trình tự thao tác kỹ thuật và công thức toán học tính toán hàm lượng protein (Lowry), chất béo (Soxhlet), độ ẩm, tro tổng số và vận hành máy đo pH.

Phần 4: Kết quả và thảo luận

Chương này công bố toàn bộ dữ liệu thực nghiệm thông qua các bảng số liệu đo lường hóa lý và chỉ số nông học:

• Đặc điểm nguyên liệu: Khô đậu tương khảo sát có độ ẩm 10,12%, protein tổng số 43,91%, chất béo 0,72% và hàm lượng tro 1,93%, hoàn toàn đạt quy chuẩn kỹ thuật cho khô dầu chiết ly theo Quyết định 341/GP-BC.
• So sánh các công thức thủy phân: Thực nghiệm so sánh 3 loại enzyme protease thương mại cho thấy Alcalase (CT2) thủy phân đạt hàm lượng protein hòa tan cao nhất (72,41 mg/ml), vượt trội so với Neutral (69,43 mg/ml) và Bromelain (66,52 mg/ml). Trong thử nghiệm chế phẩm vi sinh, BESTOT N02 (CT5) đạt hàm lượng protein hòa tan 73,06 mg/ml, cho năng suất dưa lưới cao hơn chế phẩm MEN-TS.01 (CT4).
• Tương tác phối hợp EM và enzyme: Việc kết hợp đồng thời EM và enzyme làm tăng vượt bậc hiệu suất thủy phân so với sử dụng đơn lẻ. Tỉ lệ phối trộn tối ưu là 2% chế phẩm BESTOT N02 kết hợp 1,5% enzyme Alcalase, nâng hàm lượng protein hòa tan lên 80,55 mg/ml và giúp khối lượng quả đạt 781,12 g.
• Tối ưu hóa các thông số công nghệ: Tỉ lệ nước bổ sung được xác định là 1:4 (khối lượng nguyên liệu : nước) đạt protein hòa tan 81,63 mg/ml; nhiệt độ ủ tối ưu là 45°C (đạt 81,84 mg/ml, việc nâng lên 55°C làm giảm nhẹ hiệu suất xuống 81,04 mg/ml do biến tính nhiệt); thời gian ủ tối ưu là 8 giờ (đạt 80,91 mg/ml, kéo dài lên 9 giờ chỉ số không tăng đáng kể ở mức ý nghĩa $\alpha = 0,05$).
• Hoàn thiện quy trình công nghệ: Xây dựng sơ đồ công nghệ hoàn chỉnh từ khâu nghiền nhỏ nguyên liệu, phối trộn tỷ lệ 1:4, bổ sung 2% BESTOT N02 và 1,5% Alcalase, ủ tại 45°C trong 8 giờ, vô hoạt enzyme ở 90–100°C trong 20 phút kết hợp 0,02% acid sorbic, sau đó lọc và ly tâm lạnh ở tốc độ 6.000 vòng/phút trong 15 phút.

Nội dung khảo sát	Thông số/Mẫu tối ưu	Protein hòa tan (mg/ml)	Chiều cao cây (cm)	Khối lượng quả (g)
Tuyển chọn loại enzyme	Alcalase (CT2)	72,41	124,14	567,71
Tuyển chọn loại EM	BESTOT N02 (CT5)	73,06	129,54	578,94
Tỉ lệ phối trộn EM + Enzyme	EM 2% + Alcalase 1,5% (CT8)	80,55	138,09	781,12
Tỉ lệ phối liệu cơ chất:nước	Tỉ lệ 1:4 (CT12)	81,63	135,25	781,61
Nhiệt độ ủ thủy phân	Nhiệt độ 45°C (CT15)	81,84	135,35	781,54
Thời gian ủ thủy phân	Thời gian 8 giờ (CT18)	80,91	135,77	760,67
Lô đối chứng (phân vô cơ)	Quy trình chuẩn (ĐC)	-	128,71 – 128,72	562,41

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các thông số kỹ thuật then chốt của quy trình công nghệ sản xuất phân bón dạng nước. Đề xuất các kiến nghị tiếp tục mở rộng quy mô thử nghiệm nhằm phục vụ ứng dụng sản xuất nông nghiệp hàng hóa.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã định lượng cụ thể các chỉ tiêu thành phần hóa học của nguyên liệu khô đậu tương và các thông số công nghệ của quá trình sản sinh dịch đạm sinh học:

• Khô đậu tương Marphavet có độ ẩm 10,12%, hàm lượng protein thô 43,91%, lipit 0,72%, hàm lượng tro 1,93%, phù hợp làm cơ chất giàu đạm cho lên men thủy phân.
• Xác định enzyme Alcalase và chế phẩm vi sinh BESTOT N02 là hai tác nhân xúc tác hiệu quả nhất. Tỉ lệ phối trộn tối ưu đạt được là 2% chế phẩm EM BESTOT N02 kết hợp 1,5% enzyme Alcalase.
• Xác lập bộ thông số quy trình công nghệ gồm: tỉ lệ nguyên liệu khô đậu tương trên nước bổ sung là 1:4; nhiệt độ ủ phân giải là 45°C; thời gian ủ là 8 giờ; chế độ diệt men bằng gia nhiệt ở 90–100°C trong 20 phút với sự tham gia của 0,02% acid sorbic; chế độ phân ly làm trong dịch bằng máy ly tâm tốc độ 6.000 vòng/phút trong 15 phút.
• Hiệu quả nông học: Dung dịch phân bón hữu cơ dạng nước thu được ở điều kiện tối ưu đạt hàm lượng protein hòa tan từ 80,55 mg/ml đến 81,84 mg/ml, pH dao động ở dải trung tính 6,8–7,0. Khi pha loãng tỷ lệ 1:10 tưới cho giống dưa lưới AB – Nhật Bản, cây sinh trưởng vượt trội so với đối chứng phân bón vô cơ (chiều cao đạt 135,25–138,09 cm so với 128,71 cm; số lá đạt 31,38–32,21 lá so với 27,64 lá; khối lượng quả trung bình đạt từ 760,67 g đến 781,61 g so với mức 562,41 g của đối chứng phân vô cơ).

Về mặt đóng góp khoa học, đề tài đã chứng minh cơ chế cộng hưởng xúc tác giữa enzyme protease công nghiệp (Alcalase) và hệ enzyme ngoại bào từ vi khuẩn (Bacillus subtilis trong chế phẩm EM), giúp rút ngắn thời gian thủy phân xuống chỉ còn 8 giờ ở nhiệt độ ôn hòa 45°C, thay vì kéo dài nhiều tuần hoặc nhiều tháng như phương pháp ủ truyền thống. Về mặt thực tiễn, đề tài đề xuất quy trình tái chế phụ phẩm khô đậu tương thành sản phẩm phân bón lá/phân tưới nhỏ giọt có giá trị dinh dưỡng cao, giải quyết tình trạng ô nhiễm chất thải hữu cơ và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của canh tác nông nghiệp công nghệ cao.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận thể hiện các giới hạn nghiên cứu được ghi nhận từ nội dung văn bản:

• Quy mô nghiên cứu mới dừng lại ở mức độ thực nghiệm phòng thí nghiệm (mỗi mẻ thí nghiệm sử dụng 60 g khô đậu tương) và khảo nghiệm sinh trưởng dưa lưới trong phạm vi nhà lưới hẹp tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
• Khảo nghiệm hiệu lực nông học của phân bón mới chỉ thực hiện trên duy nhất một đối tượng cây trồng là giống dưa lưới AB – Nhật Bản, chưa mở rộng đánh giá đối chứng trên các loại cây ăn trái, hoa màu hoặc cây công nghiệp khác.
• Nghiên cứu chưa đề cập đến chỉ tiêu vi sinh vật tồn dư, độ ổn định thành phần hòa tan theo thời gian lưu trữ dài hạn và chưa hạch toán chi tiết chi phí năng lượng cùng giá thành sản xuất ở quy mô công nghiệp.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được tác giả định hướng gồm: triển khai thử nghiệm nâng quy mô sản xuất (quy mô pilot); mở rộng khảo nghiệm hiệu lực phân bón nước trên nhiều nhóm cây trồng công nghệ cao khác nhau; nghiên cứu sâu hơn về thời hạn bảo quản và các chất phụ gia bảo quản an toàn cho sản phẩm thương phẩm.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sinh học, Nông học, Trồng trọt và Khoa học môi trường:

• Giá trị phương pháp luận: Cung cấp chi tiết các quy trình phân tích định lượng hóa học cổ điển nhưng có độ chính xác cao như phương pháp Lowry định lượng protein hòa tan bằng máy đo quang phổ hấp thụ, phương pháp Soxhlet trích ly chất béo và phương pháp xác định tro toàn phần.
• Giá trị công nghệ ứng dụng: Tài liệu cung cấp thông số công nghệ vận hành thực tế (tỉ lệ phối trộn enzyme, nhiệt độ, thời gian, tốc độ ly tâm) cho các cơ sở chế biến nông sản, doanh nghiệp sản xuất phân bón sinh học và các trang trại ứng dụng công nghệ nhà kính tưới nhỏ giọt nhằm tái chế hiệu quả phế phẩm khô dầu thực vật.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lại lựa chọn giải pháp phối trộn giữa enzyme Alcalase và chế phẩm EM BESTOT N02 thay vì sử dụng riêng lẻ từng loại?
Số liệu thực nghiệm tại Bảng 4.2, 4.3 và 4.4 cho thấy khi sử dụng đơn lẻ, Alcalase đạt hàm lượng protein hòa tan 72,41 mg/ml và BESTOT N02 đạt 73,06 mg/ml. Tuy nhiên, khi kết hợp hai tác nhân theo tỉ lệ 2% EM BESTOT N02 và 1,5% Alcalase, hàm lượng protein hòa tan tăng lên 80,55 mg/ml, giúp khối lượng quả dưa lưới đạt 781,12 g (cao hơn hẳn mức 567,71 g của riêng Alcalase và 578,94 g của riêng BESTOT N02). Sự phối hợp tạo ra tác động cộng hưởng phân cắt chuỗi polypeptide triệt để hơn.

2. Nhiệt độ và thời gian thủy phân tối ưu được xác định dựa trên cơ sở nào?
Dựa trên kết quả đo hàm lượng protein hòa tan và khả năng sinh trưởng của dưa lưới:

• Ở 45°C, hàm lượng protein hòa tan đạt cao nhất là 81,84 mg/ml; khi tăng lên 55°C, chỉ số này giảm còn 81,04 mg/ml do nhiệt độ cao gây biến tính một phần protein enzyme. Do đó, chọn nhiệt độ 45°C để đạt hiệu quả cao và tiết kiệm năng lượng.
• Về thời gian, protein hòa tan đạt 80,91 mg/ml ở 8 giờ; khi tăng lên 9 giờ, chỉ số đạt 80,28 mg/ml (không có sự sai khác mang ý nghĩa thống kê ở mức $\alpha = 0,05$). Do đó, mốc 8 giờ được lựa chọn nhằm tối ưu hóa thời gian sản xuất.

3. Khối lượng và kích thước quả dưa lưới khi sử dụng phân bón nước khô đậu tương thay đổi ra sao so với bón phân hóa học?
Ở tất cả các công thức thí nghiệm tối ưu (CT8, CT12, CT15), khối lượng quả dưa lưới đạt từ 781,12 g đến 781,61 g, cao hơn rõ rệt so với lô đối chứng bón phân vô cơ thông thường (562,41 g). Chiều cao cây cũng tăng từ 128,71 cm ở lô đối chứng lên 135,25–138,09 cm ở các công thức bón phân nước hữu cơ.

4. Chế độ vô hoạt enzyme và bảo quản phân bón dạng nước được thực hiện như thế nào trong quy trình hoàn thiện?
Sau khi ủ thủy phân 8 giờ tại 45°C, dịch thủy phân được bổ sung 0,02% acid sorbic rồi đưa vào bể ổn nhiệt gia nhiệt ở nhiệt độ 90–100°C trong thời gian 20 phút để vô hoạt hoàn toàn enzyme. Sau đó, dịch được lọc bỏ bã qua phễu chiết và đem ly tâm lạnh ở tốc độ 6.000 vòng/phút trong 15 phút. Dung dịch thành phẩm được bảo quản trong ngăn mát tủ lạnh và pha loãng theo tỉ lệ 1:9 hoặc 1:10 với nước khi tưới nhỏ giọt.

5. Thành phần hóa học ban đầu của khô đậu tương Marphavet có đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành không?
Kết quả phân tích mẫu khô đậu tương cho thấy: độ ẩm đạt 10,12% (tiêu chuẩn $\le 13%$), hàm lượng protein thô đạt 43,91% (tiêu chuẩn $\ge 40%$), chất béo thô đạt 0,72% (tiêu chuẩn khô dầu chiết ly 1,5%) và tro đạt 1,93% (tiêu chuẩn $\le 2%$). Tất cả các chỉ tiêu đều thỏa mãn quy định kỹ thuật theo văn bản số 341/GP-BC ngày 03/8/2007 của Viện Chăn nuôi.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Triệu Thị Liễu đã xây dựng thành công quy trình công nghệ sản xuất phân bón hữu cơ dạng nước từ phế phụ phẩm khô đậu tương ở quy mô phòng thí nghiệm. Việc kết hợp 2% chế phẩm vi sinh EM BESTOT N02 và 1,5% enzyme Alcalase ở tỉ lệ phối liệu 1:4 (nguyên liệu : nước), ủ tại 45°C trong 8 giờ đã thủy phân hiệu quả protein thành dịch đạm hòa tan giàu dưỡng chất. Kết quả khảo nghiệm thực tế trên giống dưa lưới AB – Nhật Bản chứng minh chế phẩm phân bón nước giúp cây sinh trưởng khỏe mạnh và cho khối lượng quả vượt trội so với phân bón hóa học thông thường. Công trình cung cấp giải pháp kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao, góp phần giải quyết bài toán ô nhiễm môi trường nông nghiệp và phục vụ định hướng canh tác hữu cơ bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp phân bón là một trong những vật tư quan trọng và được sử dụng với một lượng khá lớn hàng năm. Phân bón đã góp phần đáng kể làm tăng năng suất cây trồng, chất lượng nông sản, đặc biệt là đối với cây lúa ở Việt Nam. Theo đánh giá của Viện Dinh dưỡng Cây trồng Quốc tế (IPNI), phân bón đóng góp khoảng 30-35% tổng sản lượng cây trồng. Hiện nay, dân số thế giới tăng rất nhanh và dự đoán sẽ đạt khoảng 8,5 tỷ vào năm 2020, do vậy, vấn đề quan tâm là làm thế nào sản xuất được khối lượng lương thực, thực phẩm tương ứng để đáp ứng nhu cầu con người.

Trước sức ép về lương thực, ngành nông nghiệp đã phải sử dụng nhiều loại phân bón hóa học trợ giúp trong việc trồng cấy để tạo ra khối lượng sản phẩm lớn. Tuy nhiên, mặt trái của việc sử dụng phân bón hóa học là làm ô nhiễm môi trường, làm mất cấu trúc của đất, làm đất chai cứng, giảm khả năng giữ nước của đất, giảm tỷ lệ thông khí trong đất. Hơn nữa, phân hóa học còn mặn hóa hoặc chua hóa đất làm cho một số vi sinh vật trong đất bị chết, tăng hàm lượng Al, Mn, Fe, … linh động gây ngộ độc cho cây. Bón nhiều phân hóa học có thể làm tăng hàm lượng kim loại nặng trong đất.

Thực vật sinh trưởng trên đất bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ tích lũy kim loại nặng trong cơ thể và theo chuỗi thức ăn đi vào cơ thể động vật và người. Ngoài ra, sử dụng phân hóa học còn ảnh hưởng tới môi trường nước ngầm do lượng lớn phân bón bị rửa trôi từ đất vào nước. Phân bón dạng nước được sản xuất từ các phế phụ phẩm nông nghiệp không chứa độc tố hoặc các chất gây ung thư và được nhiều nghiên cứu chứng minh có vai trò trong việc cải thiện cấu trúc đất, khả năng giữ nước, thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triến hệ vi sinh vật có lợi trong đất. Do đó phân bón hữu cơ dạng nước được sản xuất từ phế phụ phẩm nông nghiệp sẽ là giải pháp thay thế hữu hiệu và hạn chế việc sử dụng phân bón vô cơ hiện nay.

Cùng với vấn đề sử dụng phân bón hóa học trong nông nghiệp thì việc quản lý các sản phẩm thải, phế phụ phẩm trong nông nghiệp cũng đang là vấn đề nan giải. Việt Nam là một nước nông nghiệp, hằng năm lượng chất thải dư thừa trong quá trình chế h 2 biến các sản phẩm nông sản, thực phẩm rất lớn và đa dạng về chủng loại. Đó cũng là nỗi lo về bãi chứa, đe dọa ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới sức khỏe con người. Phân bón dạng nước hiện nay được sử dụng rất phổ biến ở các nước có nền nông nghiệp phát triển như Úc, Nhật Bản, Hàn Quốc…Phân bón dạng nước được chứng minh là một trong những yếu tố quyết định đến sự thành công trong nông nghiệp do có một số ưu điểm vượt trội như thúc đẩy sinh trưởng của cây nhanh, cho sản lượng cao, dễ áp dụng các phương pháp tưới cho cây và sự phân bố của phân đều hơn, hạn chế dịch bệnh cho cây, phân nước không để lại chất tồn dư trong đất, dễ kết hợp với các loại phân khác, chất lượng phân bón ổn định.

Do vậy, việc nghiên cứu sản xuất phân bón dạng nước từ các phế phụ phẩm nông nghiệp vừa tạo ra được loại phân bón hữu cơ chất lượng, an toàn cho cây trồng, giảm việc sử dụng phân hóa học, vừa có tác dụng giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do sản phẩm phụ nông nghiệp thải ra ngoài môi trường. Xuất phát từ những vấn đề trên, em tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất phân bón dạng nước từ nguồn nguyên liệu khô đậu tương”. Mục tiêu của đề tài 1. Mục tiêu tổng quát Xây dựng được quy trình sản xuất phân bón cây trồng dạng nước từ nguồn nguyên liệu khô đậu tương.

Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu lựa chọn loại chế phẩm EM (Effective Microorganisms) và enzyme, tỉ lệ bổ sung thích hợp để sản xuất phân nước từ nguồn nguyên liệu khô đậu tương; - Nghiên cứu lựa chọn tỉ lệ nước bổ sung, thời gian ủ chế phẩm EM và enzyme thích hợp; - Hoàn thiện quy trình sản xuất phân bón dạng nước từ khô đậu tương. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1. Ý nghĩa khoa học của đề tài - Nghiên cứu được khả năng thủy phân protein có trong khô đậu tương thành các protein ngắn mạch, pligopeptit, axit amin của 2 loại chế phẩm EM và 3 loại enzyme thương mại; h 3 - Nghiên cứu được ảnh hưởng của thành phần protein hòa tan sau thủy phân khô đậu tương tới sự phát triển của giống dưa lưới - AB Nhật Bản. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Tận dụng được phế phụ phẩm của ngành ép dầu để tạo ra được loại phân bón dạng nước, phù hợp cho các loại cây trồng công nghệ cao, công nghệ nhà kính.

h 4 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan về khô đậu tương 2. Khô đậu tương Phế phụ phẩm nông nghiệp: Là chất thải trong quá trình hoạt động nông nghiệp. Nguồn phát sinh là từ quá trình chế biến các loại cây nông nghiệp, lương thực sản xuất hoa quả, thực phẩm…Đây là nguồn nguyên liệu khổng lồ luôn tồn tại và ngày càng gia tăng .Ví dụ như: vỏ trấu, bã mía, mùn cưa, rơm, rạ, khô dầu đậu tương, khô dầu lạc,…[15].

Khô dầu là bã còn lại sau khi hạt đã ép lấy dầu. Tùy theo thành phần của mỗi loại khô dầu mà nông dân đã sử dụng như loại phân bón hữu cơ bón vào đất để cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Đậu nành hay còn gọi là đậu tương có tên khoa học là Glycine max (L.) Merrill Đậu tương có nhiều màu sắc khác nhau, trong đó đậu tương màu vàng là loại tốt nhất nên được trồng và sử dụng nhiều [4]. Khô dầu đậu tương: Là sản phẩm thu được ở dạng mảnh, bánh hoặc dạng bột sau khi đã loại bớt dầu đậu tương tách vỏ hoặc không tách vỏ bằng cách chiết hoặc ép.

Là phần không hòa tan của hạt đậu nành với nước trong quá trình sản xuất và chế biến sữa đậu nành hoặc đậu hũ, có màu trắng hoặc màu vàng nhạt và mịn [2]. - Khô dầu đậu tương chiết ly cả vỏ là sản phẩm thu được sau khi loại bỏ hầu hết dầu từ hạt đậu tương không tách vỏ bằng quá trình tách chiết bởi dung môi (hexan). - Khô dầu đậu tương chiết ly tách vỏ là sản phẩm thu được sau khi loại bỏ hầu hết dầu từ hạt đậu tương bằng quá trình tách chiết bởi dung môi (hexan). - Khô dầu đậu tương ép máy (chiết bằng máy) là sản phẩm thu được sau khi loại bỏ bớt dầu từ hạt đậu tương bằng quá trình ép máy.

Sản phẩm này được gọi là “bánh đậu tương”. Khô dầu đậu tương nguyên dầu ép đùn là sản phẩm thu được từ sự ép đùn bằng nhiệt hoặc hơi nước mà không loại bỏ đi bất kỳ thành phần nào của hạt đậu tương dưới tác động của nhiệt hoặc hơi [1].1: Khô đậu tương (Theo Tổng cục hải quan hải quan – Thông tư số 103/2015/TT-BTC ngày 1-7-2015 của Bộ Tài chính) 2. Phân loại Khô dầu đậu tương được chia làm hai loại: khô dầu đậu tương tách vỏ và khô đầu đậu tương không tách vỏ. Khô đậu tương tách vỏ: Bột đậu tương đã khử chất béo, không chứa vỏ.

Sản phẩm này có nồng độ năng lượng trung gian, nồng độ protein thô là khoảng 48%. Khô đậu tương không tách vỏ: Bột đậu tương đã khử chất béo, nồng độ protein thô là khoảng 44%. Tỷ lệ phần trăm thứ hai thường được sử dụng trong mô tả sản phẩm được tính theo độ ẩm tiêu biểu là 90% Như vậy, nồng độ protein thô trên cơ sở chất khô là 49% [30]. Yêu cầu kỹ thuật 2.

Yêu cầu về cảm quan và vệ sinh - Màu sắc từ màu vàng sáng đến màu nâu sáng; - Mùi có mùi đặc trưng của khô dầu đậu tương, không có mùi mốc, không có mùi chua, mùi cháy hoặc mùi khác lạ; - Vị dịu; - Trạng thái bên ngoài không có sâu mọt, không bị mốc, không lẫn vật lạ; h 6 - Khô dầu đậu tương không được chưa ure, không được có amoniac và các chất độc hại. Hàm lượng chất bảo quản và các chất nhiễm bẩn khác không được vượt quá mức tối đa cho phép theo quy định hiện hành. Hàm lượng Aflatoxin không vượt quá 50 ppb [2]. Yêu cầu về chỉ tiêu hóa lý Bảng 2.1: Chỉ tiêu hóa lý Khô dầu đậu tương Khô dầu đậu tương không Chỉ tiêu tách vỏ tách vỏ Độ ẩm ≤ 12% ≤ 13% Hàm lượng protein thô ≥ 44% ≥ 40% Khô dầu ép: ≤ 7% Khô dầu ép: ≤ 3% Hàm lượng chất béo thô Khô dầu chiết ly: 1,5 Khô dầu chiết ly: 1,5 Hàm lượng xơ thô ≤ 3,5% ≤ 7% Protein hòa tan trong 73 – 85% 70 – 85% KOH 0,2% Tro: ≤ 2% Tro: ≤ 2% Hàm lượng tạp chất Không có vật rắn sắc Không có vật rắn sắc nhọn nhọn (Theo Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn Viện chăn nuôi Việt Nam – số 341/GP-BC ngày 03/8/2007) 2.

Sản lượng khô đậu tương trên thế giới Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA) trong báo cáo tháng 1/2018 dự báo sản lượng đậu tương thế giới niên vụ 2017/18 sẽ đạt 348,57 triệu tấn. Dự báo cung cầu đậu tương thế giới của Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA) niên vụ 2017/18 trong tháng 1/2018.2: Dự báo sản lượng khô đậu tương trên thế giới niên vụ 2017/18 Đvt: Triệu tấn Cung Tiêu thụ Dự trữ Dự trữ Nghiền Nội cuối 2017/2018 đầu vụ SL NK ép địa XK vụ Thế giới 96,49 348,57 150,17 301,45 344,47 152,19 98,57 Mỹ 8,21 119,52 0,68 53,07 56,83 58,79 12,79 Các TT khác 88,28 229,05 149,49 248,38 287,64 93,4 85,78 TT XK chính 62,23 177,92 1,93 90,74 99,15 83,9 59,04 Argentina 36,42 56 1,7 44,84 49,45 8,5 36,17 Brazil 24,86 110 0,2 42 45,7 67 22,36 Paraguay 0,82 9,4 0,01 3,7 3,78 6 0,45 TT NK chính 22,73 18,2 127,25 120,68 144,56 0,4 23,23 Trung Quốc 20,39 14,2 97 95 110,8 0,15 20,64 EU-27 1,06 2,5 14 14,5 16,15 0,2 1,21 Nhật Bản 0,21 0,26 3,3 2,35 3,51 0 0,26 Mexico 0,15 0,48 4,3 4,72 4,76 0 0,17 (Nguồn: VITIC/USDA) 2. Tổng quan về phân bón hữu cơ 2.