Đặt vấn đề Nước ta là một trong những nước gắn liền với ngành nông nghiệp, tuy nhiên, những năm gần đây việc lạm dụng các loại phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật. để đảm bảo sản lượng cũng như tăng năng suất cho cây trồng. Nhưng cây hiệu quả sử dụng phân bón thấp. Việc này đã khiến cho chúng ta tốn nhiều chi phí để mua các loại hóa chất, nguy hại hơn nữa là hệ vi sinh vật đất và chất lượng đất bị tàn phá nghiêm trọng chính là nguyên nhân gây thoái hóa đất.
Vì thế việc nghiên cứu ứng dụng các loại vi sinh vật có lợi để sản xuất chế phẩm vi sinh giúp bổ sung vào trong đất các chủng vi sinh vật giúp tham gia tích cực vào quá trình phân giải các chất hữu cơ và các chất vô cơ thành chất dinh dưỡng cho cây trồng. Giúp cân bằng hệ sinh thái trong đất nói riêng và môi trường nói chung. Nghiên cứu tạo ra các chế phẩm vi sinh đang là xu hướng tích cực trong chiến lược phát triển một nền nông nghiệp theo hướng hữu cơ hiệu quả và bền vững. Việc ứng dụng chế phẩm vi sinh trong xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp ngày càng phổ biến, vừa có thể giải quyết được vấn đề chất thải vừa tận dụng được tối đa nguồn phế phụ phẩm sẵn có.
Ngoài các phế phụ phẩm nông nghiệp thì phế phụ phẩm trong trồng trọt cũng chứa một lượng phụ phẩm không hề nhỏ. Trong đó, nhãn là một trong những cây trồng có lượng phụ phẩm hàng năm lớn. Tuy nhiên, việc sử dụng, chế biến phế phụ phẩm nông nghiệp hiện nay còn chưa đồng bộ, hiệu quả, lãng phí, chưa tạo ra những sản phẩm giá trị tăng cao. Hiện nay, hầu hết chế phẩm vi sinh đều được sản xuất từ một loại vi sinh vật, hay phối trộn nhiều chủng với nhau có tác dụng hỗ trợ nhau cùng phát huy tác dụng chuyên biệt của chúng như cố định đạm, phân giải photpho khó tan, kích thích sinh trưởng…và hiệu quả sử dụng các chế phẩm này ở các địa phương khác nhau do sự phong phú và đa dạng của hệ vi sinh vật đất và tác động qua lại nhiều chiều của các vi sinh vật với nhau.
1 Chính vì vậy việc ứng dụng các chủng vi sinh vật phù hợp để “Nghiên cứu tạo chế phẩm vi sinh dạng lỏng xử lý phế phụ nhãn sau thu hoạch” giúp xử lý và tận dụng được phế phụ phẩm nhãn sau mỗi mùa vụ. Yêu cầu của đề tài - Nghiên cứu được chế phẩm vi sinh dạng lỏng sử dụng các chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy lignin, cellulose để xử lý phế phụ phẩm sau thu hoạch nhãn. Nội dung thực hiện - Đánh giá khả năng phân giải cellulose, lignin của hai chủng vi sinh vật D504 và HN8. - Chọn lọc và đánh giá chất mang phù hợp với vi sinh vật, nghiên cứu công thức phối trộn, công thức chế phẩm vi sinh.
- Bước đầu ủ và đánh giá khả năng phân giải của chế phẩm với phụ phẩm sau thu hoạch nhãn. 2 Chương II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan về phế phụ phẩm nông nghiệp 2. Tổng quan về phế phụ phẩm nông nghiệp Việt Nam là nước sản xuất nông nghiệp với sản lượng lớn nên trong quá trình sản xuất, bảo quản, sơ chế, chế biến nông sản, tỷ lệ phụ phẩm của lâm nghiệp, trồng trọt, chăn nuôi, thủy sản là rất lớn.
Theo tổng cục Thống kê, tổng lượng phế phụ phẩm nông nghiệp cả nước năm 2020 là hơn 156,8 triệu tấn, trong đó: 88,9 triệu tấn phụ phẩm sau thu hoạch từ cây trồng, từ quá trình chế biến nông sản của ngành trồng trọt (chiếm 56,7%); 61,4 triệu tấn phân gia súc, gia cầm từ ngành chăn nuôi (chiếm 39,1%); 5,5 triệu tấn từ ngành lâm nghiệp (chiếm 3,5%); khoảng 1 triệu tấn từ ngành thủy sản (10,6%). Trong đó, riêng khu vực Đông Nam Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long, phụ phẩm nông nghiệp chủ yếu từ ngành trồng trọt và chăn nuôi với hơn 13,9 triệu tấn trong năm 2020 tại Đông Nam Bộ và 39,4 triệu tấn tại Đồng bằng sông Cửu Long. Số lượng phụ phẩm nông nghiệp của Việt Nam nói chung là rất lớn nhưng việc sử dụng vẫn chưa hiệu quả và có sự khác nhau giữa các loại sản phẩm. Đối với phụ phẩm trồng trọt, tỷ lệ thu gom chỉ đạt 52,2% trên tổng lượng 88,9 triệu tấn; chăn nuôi có tỷ lệ thu gom là 75,1% trên tổng lượng 61,4 triệu tấn; thủy sản có tỷ lệ thu gom cao nhất với 90% trên tổng lượng phụ phẩm 1 triệu tấn và lâm nghiệp có tỷ lệ thu gom 50,2% trên tổng lượng 5,5 triệu tấn.
Không chỉ tỷ lệ thu gom thấp, việc sử dụng phụ phẩm nói chung vẫn còn đơn giản, chưa tạo được giá trị gia tăng cao. Trên thực tế, Việt Nam vẫn chưa được tận dụng tốt các phế phụ phẩm nông nghiệp. Minh chứng cho thấy là trong số 43 triệu tẩn rơm thì mới thu gom, sử dụng được khoảng 52,2%. Với việc chế biến, việc tái sử dụng phụ phẩm nông 3 nghiệp ở Việt Nam có thể mang lại 4-5 tỷ USD/ năm, nhưng hiện nay mới đạt được khoangr 275 triệu USD (Nhung, 2022).
Sản lượng và phụ phẩm sau thu hoạch nhãn. Nhãn là một trong những cây trồng phổ biến và có giá trị hiệu quả kinh tế cao. Số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cho thấy năm 2021, Trung Quốc là thị trường xuất khẩu hoa quả lớn nhất của Việt Nam. Số liệu thống kê của Bộ Công Thương Việt Nam cho thấy, năm 2022 Việt Nam dự tính sẽ bán hơn 4500 tấn quả nhãn sang thị trường Trung Quốc.
Cùng với sự tiếp tục tăng lên của kim ngạch xuất khẩu, nông dân trồng trái cây địa phương đã đi lên con đường làm giàu trong hợp tác quốc tế. Năm 2021, Tổng sản lương nhãn của một số tỉnh phía Bắc ước tính tăng nhanh ví dụ như: Hưng Yên có diện tích khoảng 4.800 ha, sản lượng ước đạt 50.000 tấn, cao hơn năm 2020 từ 15 – 20; Sơn La có diện tích 19.224 ha, sản lượng ước đạt gần 98.500 tấn, tăng khoảng 1015% so năm 2020; Tại tỉnh Hải Dương hiện có 2.136 ha, sản lượng quả 9.000 tấn, tương đương năm 2020; Bắc Giang hiện có khoảng 3.300 ha, sản lượng ước đạt 20.000 tấn so năm 2020; TP. Hà Nội hiện có khoảng 1.740 ha, sản lượng ước đạt hơn 13. Trong đó trà sớm đạt hơn 5%, chính vụ khoảng 65%, trà muộn gần 30%.
Tại phía Nam, huyện Châu Thành, tỉnh Đồng Tháp hiện có 793 ha nhãn, là một trong những địa phương có diện tích trồng nhãn lớn nhất tỉnh. Sản lượng nhãn năm nay dự kiến đạt hơn 13.400 tấn và thu hoạch từ tháng 7 đến tháng 12/2021 (Phí Hải Nam & Nhật Tiến, 2021) Trong khi đó, theo công bố của Sruamsiri và Silman (2015) về thành phần nguyên liệu phụ phẩm sau thu hoạch nhãn đã chỉ ra: trọng lượng hạt và vỏ nhãn lần lượt chiếm 12,5 - 21,1 và 12,4 - 19,6% trọng lượng toàn quả. Như vậy, cùng với việc tổng sản lượng nhãn tăng dẫn tới lượng phụ phẩm sau thu hoạch nhãn tăng theo. Thành phần có trong phế phụ phẩm nông nghiệp Lignocellulose là một vật liệu polymer sinh học và là một nguồn sinh khối lớn nhất trái đất bao gồm ba thành phần, bao gồm hemicellulose, lignin và cellulose.Liên kết hydro giữa các lớp khác nhau của polysacarit góp phần vào khả năng chống phân hủy của cellulose tinh thể.
Hemicellulose, thành phần phổ biến thứ hai của lignocellulose, bao gồm nhiều loại đường 5 và 6 carbon như arabinose, galactose, glucose, mannose và xylose. Lignin bao gồm ba thành phần chính phenolic, cụ thể là rượu p-coumaryl (H), rượu coniferyl (G) và rượu sinapyl (S). Lignin được tổng hợp bằng cách trùng hợp các thành phần này và tỷ lệ của chúng trong polyme khác nhau giữa các loại thực vật, mô gỗ và lớp thành tế bào khác nhau. Cellulose, hemicellulose và lignin tạo thành các cấu trúc được gọi là vi sợi.Cấu trúc lignocellulose 5 Quá trình chuyển hoá các hợp chất này có tác động đáng kể đến phát triển nông nghiệp, nhiên liệu sinh học và môi trường.
Trong sản xuất nông nghiệp, tàn dư thực vật trên đồng ruộng không chỉ là một nguồn dinh dưỡng cho đất mà còn có tác dụng cải thiện tính chất hoá học, vật lý trồng trọt. Hợp chất lignocellulose gồm cellulose, hemicellulose và lignin. Trong đó, phế phẩm nhãn là một dạng vật liệu lignocellulose. Thành phần lignocellulose trong rác thải và phế phụ liệu nông nghiệp phổ biến (Tchobanoglous et al., 1993) Cellulose Hemicellulose Lignin Nguồn nguyên liệu (%) (%) (%) 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 trấu 32.1 24 18 Vỏ trấu của lúa mì 30 50 15 Lá cây 15-20 80-85 0 Hạt bông 80-95 5-20 0 Cỏ mềm 45 31.0 Các loại cỏ (trị số trung 25-40 25-50 10-30 bình cho các loại) Trong 3 thành phần chính của lignocelluloses, lignin là khó phân hủy nhất.
Đây cũng chính là rào cản sự tấn công của các enzyme khác vào thủy phân hiệu quả hemicelluloses và cellulose. 6 Hợp chất Cellulose Cellulose là hợp chất hữu cơ có công thức cấu tạo (C6 H10O5)n Hình 2. Công thức cấu tạo Cellulose Cấu trúc hóa học của cellulose bao gồm các chuioix đơn vị glucose tuyến tính được liên kết bởi các liên kết β-1,4-glycosid. Các chuỗi glucan của cellulose tổng hợp thông qua các liên kết hydro và lực van der waals để tạo thành một cấu trúc tinh thể giống như sợi chỉ dài được gọi là sợi cellulose.
(Sintu Rongpipi & cs. Bằng cách hình thành các giới hạn của hydro, chuỗi có xu hướng sắp xếp song song và tạo thành một cấu trúc tinh thể. Do đó, các sợi nhỏ cellulose có cả hai vùng là vùng kết tinh (khoảng 2/3 tổng lượng cenlulose) và vùng vô định hình. Cellulose có cấu trúc dạng tinh thể nên khó bị phân hủy và hòa tan.
Vùng kết tinh có trật tự cao và bền vững với các tác động bên ngoài và vùng vô định hình có cấu trúc không chặt chẽ, do đó kém bền vững hơn. Vùng vô định hình có thể hấp thụ nước và trương lên. Trong khi đó vùng kết tinh, mạng lưới liên kết hydro ngăn cản sự trương này, các dung môi hữu cơ, các dung dịch axit hay kiềm loãng cũng không có tác dụng, các enzyme chỉ có thể tác dụng lên bề mặt của các sợi (Linder & Teeri, 1997). Cellulose là hợp chất phức tạp, bền vững không tan trong nước và trong nhiều dung môi hữu cơ, không chịu tác dụng của các dung dịch axit và kiềm loãng, chỉ bị thuỷ phân khi đun nóng tới axit hoặc kiềm.