Nghiên Cứu Quy Trình Sản Xuất Dung Dịch Phân Bón Sinh Học Từ Xác Ruồi Lính Đen (Hermetia illucens)

Khóa luận nghiên cứu quy trình sản xuất dung dịch phân bón sinh học từ xác ruồi lính đen Hermetia illucens, mang lại giải pháp bền vững cho nông nghiệp.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Câm Ly
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Ngọc Hà
• Trường học: Trường Đại Học Nông Lâm
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Quy Trình Sản Xuất Dung Dịch Phân Bón Sinh Học Từ Xác Ruồi Lính Đen
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thủ Đức

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• XÁC NHẬN VÀ CAM ĐOAN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tổng quan về Ruồi lính đen (Hermetia illucens)
• 2.2. Đặc điểm sinh học của Ruồi lính đen
• 2.2.1. Phân loại sinh học
• 2.2.2. Đặc điểm hình thái
• 2.2.3. Đặc điểm sinh thái
• 2.2.4. Đặc điểm dinh dưỡng
• 2.2.5. Đặc điểm sinh sản
• 2.3. Nghiên cứu về thành phần dinh dưỡng của Ruồi lính đen
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
• 3.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.2.1. Phương pháp chuẩn bị mẫu và xác định thành phần dinh dưỡng của xác ruồi lính đen
• 3.2.2. Thiết kế thí nghiệm khảo sát các điều kiện cho quá trình thủy phân xác ruồi lính đen
• 3.2.3. Phương pháp xử lí số liệu thống kê
• 3.3. Đánh giá hiệu lực phân bón sinh học lên cây rau ăn lá quy mô phòng thí nghiệm
• 3.3.1. Chuẩn bị hạt giống
• 3.3.2. Bố trí thí nghiệm và chăm sóc cây
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Hàm lượng dinh dưỡng trong xác ruồi lính đen
• 4.2. Kết quả phân tích các hàm mục tiêu
• 4.3. Tối ưu các thông số thủy phân cho hiệu suất thủy phân
• 4.4. Kết quả kiểm tra thực nghiệm
• 4.5. Thành phần dinh dưỡng và các axit amin của dịch thủy phân xác ruồi lính đen
• 4.6. Đánh giá hiệu lực phân bón sinh học lên cây rau ăn lá quy mô phòng thí nghiệm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC HÌNH

Tóm tắt

I. Tổng quan về quy trình sản xuất dung dịch phân bón sinh học

Nghiên cứu quy trình sản xuất dung dịch phân bón sinh học từ xác ruồi lính đen (Hermetia illucens) đang trở thành một xu hướng quan trọng trong nông nghiệp hiện đại. Phân bón sinh học không chỉ giúp cải thiện độ màu mỡ của đất mà còn bảo vệ môi trường. Việc sử dụng xác ruồi lính đen làm nguyên liệu sản xuất phân bón sinh học mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế và sinh thái.

1.1. Đặc điểm sinh học của ruồi lính đen

Ruồi lính đen (Hermetia illucens) là một loại côn trùng có khả năng phân hủy chất thải hữu cơ hiệu quả. Chúng có thể sống trong môi trường nhiệt đới và có khả năng sinh sản cao, với mỗi con cái có thể đẻ từ 500 đến 1000 trứng mỗi lần.

1.2. Lợi ích của phân bón sinh học từ xác ruồi

Phân bón sinh học từ xác ruồi lính đen có hàm lượng dinh dưỡng cao, giúp cải thiện sự phát triển của cây trồng. Sử dụng phân bón này không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tăng cường sức khỏe cho đất.

II. Vấn đề và thách thức trong sản xuất phân bón sinh học

Mặc dù có nhiều lợi ích, quy trình sản xuất phân bón sinh học từ xác ruồi lính đen cũng gặp phải một số thách thức. Việc tối ưu hóa các điều kiện thủy phân là rất quan trọng để đạt được hiệu quả cao nhất trong sản xuất.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân

Nhiệt độ, thời gian và pH là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất thủy phân xác ruồi lính đen. Cần nghiên cứu kỹ lưỡng để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình này.

2.2. Khó khăn trong việc kiểm soát chất lượng sản phẩm

Việc đảm bảo chất lượng của dung dịch phân bón sinh học là một thách thức lớn. Cần có các phương pháp kiểm tra và đánh giá hiệu quả để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn.

III. Phương pháp tối ưu hóa quy trình sản xuất phân bón sinh học

Để sản xuất dung dịch phân bón sinh học hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp tối ưu hóa quy trình. Sử dụng thiết kế thí nghiệm Box-Behnken là một trong những cách hiệu quả để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân.

3.1. Thiết kế thí nghiệm Box Behnken

Thiết kế thí nghiệm Box-Behnken giúp tối ưu hóa các yếu tố như nhiệt độ, thời gian và pH trong quá trình thủy phân. Phương pháp này cho phép đánh giá ảnh hưởng của từng yếu tố đến hiệu suất sản xuất.

3.2. Đánh giá hiệu quả của dịch thủy phân

Sau khi tối ưu hóa quy trình, cần đánh giá hiệu quả của dịch thủy phân lên sự phát triển của cây trồng. Các thí nghiệm cần được thực hiện để xác định nồng độ tối ưu cho cây rau ăn lá.

IV. Ứng dụng thực tiễn của dung dịch phân bón sinh học

Dung dịch phân bón sinh học từ xác ruồi lính đen đã được thử nghiệm và cho thấy hiệu quả tích cực trong việc cải thiện sự phát triển của cây trồng. Nghiên cứu cho thấy rằng dịch thủy phân có thể thúc đẩy sự phát triển của hệ rễ và tăng năng suất cây trồng.

4.1. Kết quả nghiên cứu trên cây rau ăn lá

Nghiên cứu cho thấy dịch thủy phân từ xác ruồi lính đen có tác động tích cực đến sự phát triển của cây cải bẹ xanh. Sự phát triển của hệ rễ được cải thiện rõ rệt khi sử dụng dịch thủy phân ở nồng độ thích hợp.

4.2. Tiềm năng ứng dụng trong nông nghiệp

Sử dụng phân bón sinh học từ xác ruồi lính đen có thể trở thành một giải pháp bền vững cho nông nghiệp. Điều này không chỉ giúp cải thiện năng suất mà còn bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu quy trình sản xuất dung dịch phân bón sinh học từ xác ruồi lính đen mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành nông nghiệp. Việc áp dụng công nghệ sinh học trong sản xuất phân bón sẽ giúp nâng cao hiệu quả và bền vững cho nền nông nghiệp.

5.1. Tương lai của phân bón sinh học

Với xu hướng phát triển bền vững, phân bón sinh học từ xác ruồi lính đen sẽ ngày càng được ưa chuộng. Nghiên cứu và phát triển thêm các sản phẩm mới từ nguồn nguyên liệu này là cần thiết.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện quy trình sản xuất và mở rộng ứng dụng của phân bón sinh học trong các lĩnh vực khác nhau của nông nghiệp.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong canh tác nông nghiệp tại Việt Nam, việc lạm dụng phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật qua nhiều năm đã dẫn đến tình trạng đất đai bị thoái hóa, bạc màu, ô nhiễm nguồn nước và làm suy giảm nghiêm trọng hệ vi sinh vật bản địa. Dư lượng hóa chất nông nghiệp còn tiềm ẩn nguy cơ tích lũy độc chất trong chuỗi thức ăn, đe dọa sức khỏe con người. Nhằm hướng đến nền nông nghiệp bền vững, việc ứng dụng các chế phẩm sinh học và phân bón hữu cơ giàu dinh dưỡng từ nguồn phụ phẩm tự nhiên đang trở thành xu hướng tất yếu.

Ruồi lính đen (Hermetia illucens) là loài côn trùng được ứng dụng rộng rãi trong xử lý rác thải hữu cơ nhờ khả năng chuyển hóa sinh khối hiệu quả. Tuy nhiên, sau chu kỳ sinh sản và đẻ trứng, ruồi trưởng thành sẽ chết đi, để lại một lượng sinh khối xác ruồi rất lớn. Phần lớn các nghiên cứu trước đây tập trung vào ấu trùng ruồi lính đen làm thức ăn chăn nuôi hoặc chiết xuất chất béo, trong khi nguồn phụ phẩm xác ruồi trưởng thành – vốn chứa hàm lượng chất hữu cơ và protein thô cao – vẫn chưa được tận dụng triệt để.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Hoàng Cẩm Ly hướng tới mục tiêu sản xuất dung dịch phân bón sinh học từ nguồn phụ phẩm xác ruồi lính đen thông qua quá trình thủy phân bằng enzyme protease thương mại. Để đạt được mục tiêu này, đề tài triển khai hai nội dung nghiên cứu chính:

1. Khảo sát và tối ưu hóa các điều kiện công nghệ của quá trình thủy phân protein xác ruồi lính đen nhằm thu nhận dịch thủy phân giàu dinh dưỡng.
2. Đánh giá hiệu lực sinh học của dung dịch phân bón lá thu được lên sự sinh trưởng và phát triển của cây rau ăn lá ở quy mô phòng thí nghiệm.

Đối tượng nghiên cứu là xác ruồi lính đen (Hermetia illucens) thu nhận sau chu trình sinh sản tại Khu thực nghiệm thuộc Viện nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh. Thí nghiệm thử nghiệm sinh học được thực hiện trên giống cải bẹ xanh mỡ cao sản (Phú Nông). Toàn bộ quá trình nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành từ tháng 07/2022 đến tháng 01/2023 tại Phòng thí nghiệm Độc chất học Môi trường và Khu thực nghiệm của Viện.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên cơ sở lý thuyết về sinh học côn trùng, cấu trúc sinh hóa của protein, cơ chế phân cắt liên kết peptide (-CO-NH-) của enzyme protease và nguyên lý hấp thụ dinh dưỡng qua khí khổng bề mặt lá cây trồng. Để phân giải cơ chất giàu protein từ xác ruồi, tác giả sử dụng chế phẩm enzyme Alcalase 2,5L (sản xuất bởi Novozymes, Đan Mạch), là một endopeptidase từ chủng vi khuẩn Bacillus licheniformis có hoạt tính 2,5 AU-A/g, hoạt động tốt trong dải pH 6,5–8,5 và nhiệt độ 45–65°C.

Để tối ưu hóa quá trình thủy phân đa biến số, nghiên cứu áp dụng Phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM) dựa trên mô hình thiết kế thực nghiệm Box-Behnken. Mô hình khảo sát 5 yếu tố công nghệ độc lập:

• Nhiệt độ thủy phân ($A$): 50 – 70°C
• Thời gian thủy phân ($B$): 1 – 6 giờ (miền khảo sát thực nghiệm 1 – 8 giờ)
• Giá trị pH ban đầu ($C$): 6,5 – 8,5
• Tỷ lệ nồng độ enzyme/cơ chất protein ($D$): 10 – 250 UI/g protein
• Tỷ lệ cơ chất/dung dịch rắn-lỏng ($E$): 1:5 – 1:20 (g/mL)

Ma trận quy hoạch thực nghiệm gồm tổng cộng 46 thí nghiệm, bao gồm 6 thí nghiệm lặp lại tại tâm để đánh giá sai số ngẫu nhiên. Hàm mục tiêu tối ưu hóa được lựa chọn là hiệu suất thủy phân (DH %), hàm lượng nito axit amin và nito tổng số.

Hệ thống phương pháp phân tích chỉ tiêu hóa lý và sinh hóa được thực hiện theo các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế:

• Xác định độ ẩm: TCVN 4048:2011
• Xác định hàm lượng tro tổng số: TCVN 5105:2009
• Xác định protein và nito tổng số: Phương pháp Kjeldahl
• Xác định hàm lượng axit humic và axit fulvic: TCVN 8561:2010
• Xác định hàm lượng chất hữu cơ (OC, OM): TCVN 9294:2012
• Xác định hàm lượng Canxi - Magie: TCVN 12598:2018
• Xác định hàm lượng photpho: TCVN 8940:2011; Kali và Natri: TCVN 8562:2010
• Xác định hàm lượng nito axit amin: TCVN 3708:1990
• Định tính và định lượng 17 axit amin: Hệ thống Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) Shimadzu ở bước sóng 350–450 nm.
• Đánh giá chất lượng dịch phân bón lá đối chiếu theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 01-189:2019/BNNPTNT.

Thí nghiệm đánh giá hiệu lực phân bón sinh học được thiết kế theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên (CRD) gồm 6 nghiệm thức với 5 lần lặp lại trên giá thể cát sạch trơ dinh dưỡng (2 kg cát/chậu, gieo 5 hạt cải bẹ xanh/chậu) trong thời gian 40 ngày. Các nghiệm thức gồm: đối chứng tưới nước lã (NT ĐC) và 5 nghiệm thức tưới dịch thủy phân pha loãng ở các nồng độ: 0,1% (NT1), 0,3% (NT2), 0,5% (NT3), 0,7% (NT4), và 1,0% (NT5).

Xử lý và phân tích số liệu thống kê được thực hiện bằng phần mềm Microsoft Excel 2019, Minitab 16 (phân tích phương sai ANOVA một yếu tố) và Design Expert 13 (phân tích bề mặt đáp ứng, hồi quy đa biến và xác định tọa độ tối ưu).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Mở đầu

Chương này phân tích tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ thực trạng suy thoái môi trường đất do canh tác vô cơ và tiềm năng tận dụng nguồn sinh khối xác ruồi lính đen sau chu kỳ sinh sản. Tác giả xác lập mục tiêu nghiên cứu tổng quát là xây dựng quy trình công nghệ thủy phân xác ruồi bằng enzyme protease tạo dung dịch dinh dưỡng giàu axit amin và axit humic/fulvic ứng dụng làm phân bón sinh học, đồng thời phân định hai nội dung nghiên cứu cụ thể gắn với tối ưu hóa quá trình thủy phân và đánh giá hiệu lực trên cây trồng.

Chương 2. Tổng quan tài liệu

Tác giả hệ thống hóa các tư liệu khoa học về đặc điểm sinh thái, chu kỳ vòng đời và phân loại học của loài Hermetia illucens, phân tích các nghiên cứu về thành phần dinh dưỡng của ấu trùng và nhộng ruồi. Chương tổng quan trình bày chi tiết về cấu trúc bốn bậc của phân tử protein, cơ chế phân giải liên kết peptide bằng enzyme Protease nói chung và đặc tính hoạt hóa của Alcalase 2,5L nói riêng. Ngoài ra, chương này cũng luận giải cơ sở toán học của phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM), nguyên lý cung cấp dinh dưỡng khoáng qua hệ thống khí khổng của lá cây trồng và vai trò của các axit hữu cơ humic, fulvic đối với sinh lý thực vật.

Chương 3. Vật liệu và phương pháp

Chương 3 mô tả toàn bộ địa điểm, hóa chất, chủng loại thiết bị và quy trình sơ chế xác ruồi (sấy ở 60°C trong 24 giờ và nghiền mịn). Tác giả thiết lập ma trận 46 thí nghiệm theo quy hoạch Box-Behnken 5 yếu tố với các bước bất hoạt enzyme ở 90°C trong 5 phút sau phản ứng. Chương này cũng chi tiết hóa quy trình bố trí thí nghiệm chậu cát trên cây cải bẹ xanh, quy định chế độ tưới (18 mL nước vào 8h sáng và dịch dinh dưỡng vào 16h chiều, không dùng thuốc bảo vệ thực vật) cùng các công thức tính toán hiệu suất thủy phân và quy trình phân tích tiêu chuẩn.

Chương 4. Kết quả và thảo luận

Chương 4 là phần nội dung trọng tâm của khóa luận, bao gồm 4 hợp phần phân tích chính:

1. Đặc tính nguyên liệu bột xác ruồi thô: Xác định hàm lượng chất hữu cơ và protein thô đạt tỷ lệ cao.
2. Mô hình tối ưu hóa Box-Behnken: Xây dựng phương trình hồi quy bậc hai mô tả mối tương quan giữa hiệu suất thủy phân ($Y$) với 5 biến công nghệ. Phân tích ANOVA khẳng định mô hình có ý nghĩa thống kê cao ($p < 0,0001; R^2 = 92,19%$).
3. Đặc tính hóa sinh của dịch thủy phân tối ưu: Kiểm chứng thực nghiệm quy mô 500 mL cho thấy độ tương thích cao với dự đoán lý thuyết; phân tích sắc ký HPLC ghi nhận đầy đủ 17 loại axit amin tự do và hàm lượng humic, fulvic vượt trội so với quy chuẩn phân bón lá.
4. Hiệu lực sinh học trên cây cải bẹ xanh: Số liệu đo đạc sau 40 ngày cho thấy dịch thủy phân ở nồng độ 0,1% kích thích sự phát triển vượt trội của hệ rễ và cải thiện diện mạo tán lá dù sinh trưởng chiều cao và số lá trên nền cát trơ chưa xuất hiện sai khác mang ý nghĩa thống kê giữa các nghiệm thức.

Mô hình hồi quy đa thức bậc hai thu được từ phần mềm Design Expert 13:
HSTP (%) = 208,09613 - 1,70413*A + 3,39773*B - 10,27857*C - 0,019183*D - 10,98371*E 
           - 0,019740*AB + 0,054678*AC - 0,001011*AD + 0,053263*AE + 0,016444*BC 
           + 0,001587*BD - 0,082684*BE + 0,007580*CD + 0,720483*CE + 0,006639*DE 
           + 0,000237*A^2 - 0,105189*B^2 - 0,230246*C^2 - 0,000109*D^2 + 0,056549*E^2

Chương 5. Kết luận và kiến nghị

Tóm lược các thông số công nghệ cốt lõi của quy trình sản xuất dịch thủy phân xác ruồi lính đen và kết quả đánh giá thử nghiệm sinh học ban đầu; đưa ra các đề xuất nhằm tiếp tục hoàn thiện công nghệ sản xuất ở quy mô lớn hơn và mở rộng khảo nghiệm đồng ruộng.

---

Kết quả và đóng góp

1. Thành phần dinh dưỡng của bột xác ruồi lính đen thô

Kết quả phân tích mẫu xác ruồi sấy khô thể hiện nguồn nguyên liệu có giá trị dinh dưỡng cao để chuyển hóa thành phân bón:

STT	Chỉ tiêu phân tích	Hàm lượng (%)
1	Độ ẩm	1,13 ± 0,007
2	Tro tổng số	5,18 ± 0,091
3	Chất hữu cơ (OC)	52,37 ± 1,09
4	Nito tổng số	9,76 ± 0,03
5	Protein thô	60,51
6	Axit humic	50,98 ± 0,14
7	Axit fulvic	12,24 ± 0,71
8	Photpho ($P$)	1,03 ± 0,004
9	Kali ($K$)	0,68 ± 0,006
10	Canxi ($Ca$)	0,44 ± 0,030
11	Natri ($Na$)	0,33 ± 0,027
12	Magie ($Mg$)	0,32 ± 0,010

2. Bộ thông số công nghệ tối ưu của quá trình thủy phân

Qua phân tích mô hình bề mặt đáp ứng và kiểm chứng thực nghiệm lặp lại 3 lần ở quy mô 500 mL, tác giả xác định được bộ điều kiện tối ưu để thu nhận dịch đạm thủy phân:

Điều kiện	Nhiệt độ ($A$)	Thời gian ($B$)	pH ($C$)	Tỷ lệ Enzyme/Protein ($D$)	Tỷ lệ Cơ chất/Dung dịch ($E$)	Hiệu suất thủy phân (DH)
Dự đoán lý thuyết	50,29°C	5,34 giờ	7,01	106,30 UI/g	1 : 5,14	53,33%
Kiểm nghiệm thực tế	50,00°C	5,30 giờ	7,00	106,00 UI/g	1 : 5,00	53,30 ± 0,77%

Dịch thủy phân thu nhận tại điều kiện tối ưu có tỷ trọng 1,06, hàm lượng nito tổng số đạt 1,17 ± 0,01%, nito axit amin đạt 0,62 ± 0,01%, chất hữu cơ (OM) đạt 24,27 ± 0,42%, axit humic đạt 4,57 ± 0,53% và axit fulvic đạt 14,02 ± 0,27%. Đối chiếu với QCVN 01-189:2019/BNNPTNT, tổng hàm lượng axit humic và fulvic trong dịch chế phẩm vượt xa mức yêu cầu tối thiểu (> 3,5%).

3. Phổ axit amin của dịch thủy phân

Phân tích sắc ký HPLC xác định được 17 loại axit amin tự do hòa tan với tổng hàm lượng cao, nổi trội nhất là Axit glutamic và Axit aspartic:

STT	Axit amin	Hàm lượng (mg/L)	STT	Axit amin	Hàm lượng (mg/L)
1	Glutamic acid	9.364	10	Isoleucine	2.880
2	Aspartic acid	7.303	11	Tyrosine	2.830
3	Leucine	5.155	12	Phenylalanine	2.718
4	Alanine	5.083	13	Arginine	1.793
5	Lysine	4.750	14	Methionine	1.630
6	Valine	3.969	15	Histidine	1.618
7	Threonine	3.480	16	Cystine	702
8	Glycine	3.427	17	Proline	3.102
9	Serine	3.384

Hàm lượng các axit amin tự do hòa tan này cao hơn đáng kể khi so sánh với nhãn thành phần công bố của chế phẩm phân bón lá thương mại Amino TV (Công ty Trí Việt) – vốn chỉ chứa 135 mg/L Axit glutamic, 105 mg/L Axit aspartic và 88 mg/L Glycine.

4. Hiệu lực nông học trên cây cải bẹ xanh

Theo dõi sau 40 ngày trồng trên nền cát sạch không bón lót:

Nghiệm thức	Nồng độ bổ sung	Chiều cao cây (cm)	Số lá (lá/cây)	Nhận xét hình thái
NT ĐC	0% (Nước lã)	5,12 ± 1,39	5,6 ± 0,89	Rễ phát triển kém, tán lá nhỏ
NT1	0,1% (1 mL/L)	4,82 ± 1,05	7,2 ± 0,83	Hệ rễ dài và phân nhánh mạnh nhất; phiến lá rộng
NT2	0,3% (3 mL/L)	5,08 ± 0,87	6,4 ± 1,14	Hệ rễ phát triển tốt; cuống lá dài
NT3	0,5% (5 mL/L)	4,34 ± 0,84	6,0 ± 0,70	Sinh trưởng trung bình
NT4	0,7% (7 mL/L)	4,90 ± 0,96	6,0 ± 0,81	Sinh trưởng trung bình
NT5	1,0% (10 mL/L)	4,76 ± 0,74	5,6 ± 0,89	Rễ và lá kém phát triển hơn NT1
Giá trị p		0,780	0,082	Không có sai khác ý nghĩa thống kê về số lượng

Dù chỉ tiêu chiều cao ($p = 0,780$) và số lá ($p = 0,082$) không có sai khác mang ý nghĩa thống kê do cây trồng hoàn toàn dựa vào dịch tưới mà không có dinh dưỡng đất, nghiệm thức NT1 (nồng độ 0,1%) thể hiện hiệu quả rõ rệt nhất trong việc kích thích kéo dài và phân nhánh hệ rễ cũng như mở rộng bản lá.

5. Đóng góp khoa học và thực tiễn

• Tính mới về đối tượng: Khóa luận đã chứng minh khả năng tái sử dụng phụ phẩm xác ruồi lính đen trưởng thành sau sinh sản – một nguồn thải hữu cơ chưa được quan tâm đúng mức so với ấu trùng – để làm nguyên liệu sản xuất phân bón lá sinh học cao cấp.
• Đóng góp công nghệ: Xây dựng thành công phương trình tương quan toán học bậc hai và bộ thông số chuẩn hóa quá trình thủy phân bằng Alcalase 2,5L, nâng hiệu suất thủy phân protein đạt 53,30%, vượt qua các kết quả nghiên cứu trước đây trên nhộng ruồi (như công bố của Lê Thị Thúy Hằng năm 2017 đạt 34,61%).

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận ghi nhận các hạn chế xuất phát từ điều kiện thực nghiệm:

• Thí nghiệm sinh học mới chỉ thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm trên giá thể cát sạch trơ dinh dưỡng, chưa tiến hành thử nghiệm trên các loại đất canh tác tự nhiên có bổ sung phân bón lót nền.
• Đối tượng thử nghiệm mới dừng lại ở một giống rau ăn lá ngắn ngày (cải bẹ xanh), chưa khảo sát trên các nhóm cây trồng khác như cây ăn trái hay cây công nghiệp.
• Chưa khảo sát thời hạn bảo quản và độ ổn định hóa sinh của dịch thủy phân theo thời gian lưu trữ.

Các hướng mở rộng nghiên cứu được đề xuất:

• Khảo nghiệm đồng ruộng diện rộng để đánh giá hiệu lực phân bón khi kết hợp với quy trình canh tác thực tế của nông dân.
• Nghiên cứu phối trộn bổ sung các khoáng chất vi lượng và vi sinh vật có ích để đa dạng hóa công năng sản phẩm.
• Nghiên cứu giải pháp bảo quản sinh học nhằm duy trì độ bền của các axit amin tự do trong dịch phân bón thành phẩm.

---

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho:

• Sinh viên, học viên cao học các ngành Công nghệ Sinh học, Nông học, Khoa học Môi trường và Quản lý Đất đai quan tâm đến kỹ thuật thủy phân enzyme, phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken (RSM) và phân tích hóa sinh phân bón.
• Các đơn vị sản xuất phân bón hữu cơ sinh học và các trang trại nuôi ruồi lính đen quy mô công nghiệp có nhu cầu giải quyết bài toán phụ phẩm xác ruồi sau thu hoạch trứng nhằm gia tăng giá trị kinh tế chuỗi tuần hoàn.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Bột xác ruồi lính đen thô sau khi sấy khô có chứa những hàm lượng dinh dưỡng cơ bản nào?
Kết quả phân tích cho thấy bột xác ruồi thô chứa 60,51% protein tổng số, 52,37% chất hữu cơ (OC), 50,98% axit humic, 12,24% axit fulvic, 9,76% nito tổng số và 5,18% tro khoáng.

2. Điều kiện tối ưu hóa quá trình thủy phân xác ruồi lính đen bằng Alcalase 2,5L được xác định là bao nhiêu?
Điều kiện tối ưu thực nghiệm gồm: nhiệt độ 50°C, thời gian 5,3 giờ, pH 7,0, tỷ lệ enzyme/protein cơ chất 106 UI/g và tỷ lệ cơ chất/dung dịch 1:5 (g/mL), cho hiệu suất thủy phân trung bình đạt 53,3 ± 0,77%.

3. Dịch thủy phân xác ruồi lính đen có đáp ứng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phân bón lá không?
Có. Hàm lượng axit humic đạt 4,57% và axit fulvic đạt 14,02% trong dịch thủy phân, vượt xa mức yêu cầu tối thiểu (> 3,5%) quy định tại QCVN 01-189:2019/BNNPTNT đối với chỉ tiêu chất lượng chính của phân bón lá.

4. Dịch thủy phân chứa những loại axit amin nào có nồng độ cao nhất?
Hệ thống HPLC xác định 17 loại axit amin, trong đó hàm lượng cao nhất là Glutamic acid (9.364 mg/L), Aspartic acid (7.303 mg/L), Leucine (5.155 mg/L), Alanine (5.083 mg/L) và Lysine (4.750 mg/L).

5. Nồng độ dịch thủy phân nào cho kết quả sinh trưởng tốt nhất trên cây cải bẹ xanh?
Nồng độ bổ sung 0,1% (tương đương pha loãng 1 mL dịch gốc trong 1 lít nước) mang lại hiệu quả tốt nhất đối với sự kích thích kéo dài và phân nhánh của hệ rễ cũng như sự phát triển phiến lá trên nền giá thể cát sạch.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Hoàng Cẩm Ly đã hoàn thành quy trình công nghệ thủy phân phụ phẩm xác ruồi lính đen (Hermetia illucens) bằng enzyme Alcalase 2,5L với hiệu suất thủy phân đạt 53,30% theo mô hình tối ưu hóa Box-Behnken. Sản phẩm dịch thủy phân thu được sở hữu hàm lượng chất hữu cơ (OM 24,27%), axit humic (4,57%), axit fulvic (14,02%) và 17 loại axit amin tự do ở mức cao, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật phân bón lá hiện hành. Thử nghiệm sinh học khẳng định nồng độ dịch tưới 0,1% có tác dụng thúc đẩy rõ rệt sự phát triển hệ rễ của cây cải bẹ xanh, mở ra giải pháp tuần hoàn phụ phẩm nông nghiệp bền vững và giàu tiềm năng ứng dụng thực tiễn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC SINH HỌC NGHIÊN CỨU QUY TRINH SAN XUẤT DUNG DICH PHAN BÓN SINH HOC TỪ XÁC RUOI LINH DEN (Hermetia illucens) Ngành học : CÔNG NGHỆ SINH HỌC Sinh viên thực hiện : NGUYÊN HOÀNG CẢM LY Mã số sinh viên : 17126068 Niên khóa : 2017 — 2021 TP. Thủ Đức, 03/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC SINH HỌC KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP NGHIÊN CỨU QUY TRINH SAN XUẤT DUNG DICH PHAN BÓN SINH HOC TỪ XÁC RUOI LÍNH DEN (Hermetia illucens) Hướng dan khoa học Sinh viên thực hiện TS. Nguyễn Ngọc Hà Nguyễn Hoàng Câm Ly TP. Thủ Đức, 03/2023 3 LỜI CẢM ƠN Dé hoàn thành khóa luận nay, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô TS.

Nguyễn Ngọc Hà — Viện nghiên cứu Công nghệ sinh học và Môi trường đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Khoa học Sinh học, Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm em học tập. Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quý báu dé em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin hơn. Tiếp theo, em xin cảm ơn các anh, chị hiện đang công tác cùng tập thé sinh viên phòng Lab RIBE 106, các bạn của mình cũng đã giúp đỡ, hướng dẫn, nhắc nhở, động viên em rất nhiều trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp.

Con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã cho con cơ hội học tập, luôn bên cạnh con trong mọi hoàn cảnh, luôn ủng hộ, động viên con khi gặp khó khăn, cũng như chia sẻ mọi niềm vui và nỗi buồn, giúp con có thêm động lực dé hoàn thành khóa luận nảy. Mặc dù đã có nhiều cố gắng song bài báo cáo này khó tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý Thay, Cô để khóa luận được hoàn chỉnh hơn. Cuối cùng, em xin kính chúc quý Thay, Cô khoa Khoa hoc Sinh học luôn dat được những thành tựu lớn trong nghiên cứu. Kính chúc Ban Giám hiệu nhà trường cùng toàn thé các thầy, cô trường Đại học Nông Lâm TP.HCM đạt được kết quả tốt trong công tác dao tạo.

Với tâm lòng biệt on sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn tat cả mọi người! XÁC NHẬN VÀ CAM ĐOAN Tôi tên Nguyễn Hoang Cam Ly, MSSV: 17126068, Lớp: DH17SM (Số di động: [phone], Email: [e-mail]), thuộc khoa Khoa học Sinh học, Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, xin cam đoan: Đây là khóa luận tốt nghiệp do bản thân tôi trực tiếp thực hiện, các số liệu và thông tin trong nghiên cứu là hoàn toàn trung thực và khách quan. Tôi xin chịu trách nhiệm trước hội đồng về những cam kết nảy. Ho Chí Minh, ngày 16 tháng 03 năm 2023 Người viet cam đoan ii TÓM TẮT Nghiên cứu này được tiến hành nhằm tạo ra dung dịch làm nguyên liệu sản xuất phân bón sinh học bằng phương pháp thủy phân protein xác ruồi lính đen (Hermetia illucens) với thiết kế thử nghiệm Box — Behnken dé tối ưu hóa các điều kiện thủy phân.

Đồng thời đánh giá hiệu lực của dịch thủy phân xác ruồi lính đen (ermetia illucens) lên cây rau ăn lá ở quy mô phòng thí nghiệm. Trong nghiên cứu này, kết quả hóa lý của bột protein thô cũng được xác định với độ 4m: 1,13 %; tro tổng số: 5,18 %; protein tổng số: 60,51 %; hàm lượng chất hữu cơ và axit humic cao lần lượt là 52,37 % và 50,98 %. Điều kiện tối ưu để thủy phân xác ruồi lính đen (Hermetia illucens) tạo dung dịch giàu dinh dưỡng của các yếu tô khảo sát như nhiệt độ là 50°C; thời gian là 5,3 giờ; pH là 7,0; enzyme/protein là 106 UI/g; cơ chất/dung dịch là 1: 5. Với điều kiện tối ưu từ mô hình thu được dịch thủy phân có giá trị đinh dưỡng cao với hàm lượng nito tổng số trong dịch đạt 1,17 %; axit humic: 4,57 %, axit fulvic: 14,02 % và chất hữu cơ có hàm lượng là 11,03 %.

Khi khảo sát hiệu lực dịch thủy phân xác ruồi lính đen lên cây cải bẹ xanh trong môi trường không có chất dinh dưỡng từ các nguồn khác thì dịch thủy phân có ảnh hưởng đến sự phát triển hệ rễ của cây ở nồng độ bổ sung là 0,1% tương ứng 1 ml dịch thủy phân góc trong 1 lít nước. Từ khóa: ruồi lính đen, thủy phân bằng enzyme, dịch thủy phân protein, phân bón sinh học. iti ABSTRACT This study was conducted to create a solution as a raw material for biofertilizer production by protein hydrolysis of black soldier fly (Hermetia illucens) carcasses with Box — Behnken experimental design to optimize hydrological conditions. At the same time, evaluate the effect of hydrolyzate of black soldier fly (Hermetia illucens) carcass on leafy vegetables at laboratory scale.

In this study, the physicochemical results of crude protein powder were also determined with moisture: 1.51%; high content of organic matter and humic acid was 52. Optimal conditions for hydrolysis of black soldier fly (Hermetia illucens) carcasses to create a nutrient-rich solution of investigated factors such as temperature is 500C; time is 5.3 hours; pH is 7.0; enzyme/protein is 106 UI/g; substrate/solution is 1: 5. With optimal conditions from the model, hydrolyzate with high nutritional value is obtained with total nitrogen content in the solution reaching 1.02 % and organic matter with a content of 11. When investigating the effect of hydrolyzate on black soldier fly carcasses on broccoli in the absence of nutrients from other sources, the hydrolysate had an effect on the root system development of plants at additional concentrations of 0.1% corresponds to 1 ml of stock hydrolysate in 1 liter of water.

Keywords: black soldier fly, enzymatic hydrolysis, protein hydrolyzate, biological fertilizer. iv MỤC LỤC Trang LỜI CẢM 0) 22 5-222222122112112212112112112112112112112112111111211112111111112112111 1 ca i RACNEAN VA. CAM DOAN nomemennce nce ii TOM TAT oo —. iii DI ng ncn RF Rc Pic bh Sasi Fi Pgs rie hic iv MỤC LUG occ scsscscsessesssessessseesecesesseceseeseesnessetsussssessssneesssusssssusssessnssiessnssuessesseesesseseieeseesees Vv DANH SÁCH CHU VIET TAT .cscsscssssssssessessessessessessessessessessessessessessessessessesaeeaeeaeeaee viii ee a co aseteseeenenaesrooreatostaoeersiossgesntemesoessal iix DANH SÁCH CÁC HINH 0.ccscsssessesssessesesessecseeesetsneeneesessersssstsessssseesnsssetinesieeecseeeees x ech oo) — kinh.

HH HE HEƯ,. 1 OR cg:1 (en ae -) 1,3; Nội dune thre hiỆNeszecscesses 6692416350886 6%95016016GE2398061602198SuBE850164634884cH43SPESgHSSHEBECSGEBSESE 2 CHƯƠNG 2. TONG QUAN TÀI LIEU .--2- 2 22S2SE2E£2E£EE2EE2E2EE2E22E22522522223222 2222 3 2. Tổng quan về Ru6i lính đen (/1erretla iÏÏiu€eØiS),.

Đặc điểm sinh học của Rudi lính đen.-- 2-2 22©222222E22EE22E+2EEz2EE2EEzzxzzrxee 3 GL lofi, Pin rawvaeaeaerrrgrtrrrrrrrroorttotgieogarororiettingitortaetroinrtysoinee 3 2. Đặc điểm hình thai. Đặt điểm đỉnh đường. «D2 HH HH0 HH giáng 02.

Đặc điểm sinh sản. Nghiên cứu về thành phần dinh dưỡng của Rudi lính đen. Téng quan về enzyme có khả năng thủy phân protein. Khái niệm enzyme có kha năng thủy phân protein .-ceracnncsneuretsromnsiionassnscsnnsnensnetscatisnnacgeensnecnnnastpsatentsenssonsneonenees 7 22225: edvAuiiice al (cel EC eee ee re 8 2.1; Enzynie-A lealase 235: itssssszssizsseoeeetcgicggedostkgt3:9003S-2i ei neperiian taupe vane eree 8 2.

Một số nghiên cứu về ứng dụng của Enzyme Alcalase. Qua trinh thuy 001009:. ISNAT MICH DLOLEMN susasscatssixsasesost2B0:856406/45623L6i053g0802Bã3ESEb-iSaS:Eo83g63Gu353giu3638886S23GĐS8SB-i5e 08828 9 2. Cấu tạo hóa học của protein.

Cấu trúc bậc l. Cấu trúc bậc 2. Cấu trúc bậc 3. 11 SAP Np tt HiBleeeeeereeenoneerasdirooingidoiuo22teipsRkc@prpnsicasngsfisEirggjntotsirlxsstixggope 11 23600: SU THUẾ TDHðÍÏ-ssssassssssseostossitittondogEgogtgDESERSaH9gDH071338/1023GIf.

Khái niệm thủy phân. Các yêu tố anh hưởng đến qua trình thủy phân protein. Acie hướng es ĐI er cessererreeeeereererzernereniemmmnenieeenienenien 12 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ.

-- 2 2 2222E2EE£EE2EEEEE221271271712121212121 22C 13 2. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme .--- 2© 2+222+2E£+EE£2EE£+EE22EE222E222Ez2rzzee. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất.

Một số nghiên cứu thủy phân protein phương pháp sinh học. Giới thiệu về phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM)). COng dung cia RSM. Ưu, nhược điểm của RSM u.

tu HIỂN greesessinsngtououiptgrsetostgiigutiGt0. Téng quan vé phan 0n. Khai niém phan 0n. Phan loai phan Wttu CO.

Ưu điểm của phân hữu cơ. Những nghiên cứu về phân bón hữu cơ liên quan đến Ruồi lính đen. Tổng quan về phân bón lá trong sản xuất nông nghiệp.----------22 222552 17 PˆNa 0 on nh. Các nghiên cứu sử dụng phân bón lá trong canh tác .-- ---- -------«=<+-<<+<<c+<s 18 CHUONG 3, VAT LIEU VÀ PHƯƠNG PHAP scsisse:comneseuvmmmmreameutrscenaereninwersns 19 3.

Thi gian ce, | nh. 19 8: Vat HIỂU Va DHẩH VÌ iphilETT GỮN ssssssessssesbootiniinnotiaBMIGTSS8 S98 B2E9g02000386380391905G835093300250. Pham vi nghién CU 0176. 20 3:5: Phươn pháp ñBhiÐH GỮU ssescsvemeveeneeecermencenwsneevenesveseveseue cements emerees eres, 20 3.

Chuan bị mẫu và xác định thành phần dinh dưỡng của xác ruồi lính đen. Thiết kế thí nghiệm khảo sát các điều kiện cho quá trình thủy phân xác RLD. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm .-- -- ---- 5552 <S2<£22£+£szczeeererek 21 MD eg a at GIẾT cac sec cgah ng ga nho ng Hhidbi036-308434018631. Đánh giá hiệu lực phân bón sinh học lên cây rau ăn lá quy mô phòng thí nghiệm.23 51t bú HÀ dĩbe eneeaenneinnhinutgtiuttktittlDtiottud0iNiS0000000000307008002080080103300100000 23 3.

Chuẩn bị hạt giống.45, HỘ trí HH ngHÏỆM:. Chăm sóc cây sau bố trí thí nghiệm.- 2-22 2 2222222E22EE2EE22EE2EEczEezrxrred 24 3:3„3.CIG:CHỈ tiểu (Heo AGL aeaseeiesnoateoiolSilLsSd80400048180001631381005030t811X850190116816s8139185300308 24 BAe Pitesti pháp it nrtfCh THÊM eeeeeeseeniokadiosukcanhhihhucgnhiitouegudtgDiE3HiEGI,0003006)9. Phương pháp xử lí số liệu thống kê.----2-©22222222EE22E+2EE2EEE2EE+EEE+EEzEE+rxrred 25 CHƯƠNG 4. KET QUA VÀ THẢO LUẬN.

Ham lượng dinh dưỡng trong xác ruồi lính đen. Kết qua phân tích của các hàm mục tiêu. Tối ưu các thông số thủy phân cho hiệu suất thủy phân. Kết quả kiểm tra thực nghiệm.

Thanh phan dinh dưỡng và các axit amin của dịch thủy phân xác ruồi lính den. Đánh giá hiệu lực phân bón sinh học lên cây rau ăn lá quy mô phòng thí nghiệm.1, Chiều cao cấy rau h ei 25020 -060830x 40230 c8 02 xe 35 4. S61 cay rau cai Xam occ ái4. Chiều đài rễ cây rau cải xan.

cece cecccesseeesesseessesseesseeeseestesseesseessesseeeeseeeeeeens 38 GHƯỜNGã KHTTIIN VÀ KIEN NGHĨ. 22Aduÿ 40 E1 ae 40 E7 D777 7000 0 ưa 40 TÀI LIEU THAM KHẢO.-- 22+ 2+522S22E2E22E2122125121221211212212112121211212121121 11 xe 41 PHU LUC oocecscescscecsscessseesssesssvesssesssvesssecssseessuesssecsssecessessssesssesssesssvesssvesssecesseseseeseseeeeseessees 43 vii DANH SÁCH CHỮ VIET TAT BVTV Bảo vệ thực vật HSTP Hiệu suất thủy phân NT Nghiệm thức PTN Phòng thí nghiệm RLĐ Ru6i lính den TNHH Trách nhiệm hữu han VSV Vi sinh vật Vili DANH SÁCH CÁC BANG Trang Bảng 2. Thành phần dinh dưỡng của ấu trùng RLĐ nuôi trên ba chất nên. Thành phần khoáng chat của au trùng RLĐ nuôi trên ba chất nền.

Nong độ axit amin (mg/g) trong ấu trùng RLD nuôi trên ba chất nền. Gia tri thực nghiệm của các yếu tố khảo sát. Nghiệm thức bố tri để đánh giá hiệu lực dịch thủy phân. Thành phần dinh dưỡng trong xác RLĐ.-2- 22 ©52222222222zz22222xze2 26 Bảng 4.

Kết quả quy hoạch thực nghiệm theo mô hình Box-Behnken. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của các yếu tố đến HSTP. Kết quả HSTP và hàm lượng nito axit amin. Hiệu suất thủy phân lý thuyết và thực nghiệm ở điều kiện tối ưu.

Kết quả đánh giá thành phần dinh dưỡng của dịch thủy phân xác RLĐ. Kết quả đánh giá thành phần axit amin của dịch thủy phân xác RLĐ.