Đặt vấn đề Nhắc đến Việt Nam, người ta thường nghĩ đến hình ảnh một đất nước nông nghiệp lâu đời với “nền văn minh lúa nước”, dân số sống ở nông thôn chiếm gần 70% và có gần 60% lao động làm việc trong lĩnh vực nông nghiệp. Trước đây, nước ta sản xuất nông nghiệp theo hình thức truyền thống, tận dụng được nguồn phế phụ phẩm quay vòng ngược trở lại để làm phân bón nên lượng rác thải ra môi trường ít vẫn đáp ứng được khả năng tự làm sạch của môi trường đất. Từ 1990 đến nay, do chủ trương chính sách của nhà nước đẩy mạnh phát triển nông nghiệp, nền nông nghiệp nước ta đã có những phát triển nhảy vọt như là năng suất cây trồng tăng lên vượt bậc, chất lượng sản phẩm cũng gia tăng. Bên cạnh đó cũng có những mặt trái của nó, đó là lượng phân bón hóa học sử dụng ngày một gia tăng, lượng phế phụ phẩm thải ra môi trường nhiều mà không được tái sử dụng làm cho môi trường ngày càng ô nhiễm, đất không được trả lại dinh dưỡng trở nên bạc màu, kết cấu đất bị phá vỡ, sinh học đất dần dần mất đi, một số loại phân bón có chứa một số chất gây độc hại cho cây trồng và cho con người như các kim loại nặng hoặc các vi sinh vật gây hại, các chất kích thích sinh trưởng vượt quá mức quy định.
Các kim loại nặng có trong phân bón gồm Asen (As), Chì (Pb), Thuỷ ngân (Hg) và Cadimi (Cd), các vi sinh vật gây hại có trong phân bón gồm: E. Coli, Salmonella, Coliform là những loại gây nên các bệnh đường ruột nguy hiểm. Trước thực trạng hiện nay, thì cần phải tìm ra những giải pháp thay thế hữu hiệu và hạn chế việc sử dụng phân bón vô cơ. Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới bắt đầu nhận thức rằng các nguồn nguyên liệu phế phụ phẩm thực sự là nguồn tài nguyên đang hàng ngày hàng giờ chưa được khai thác và sử dụng hoặc sử dụng chưa hiệu quả gây tổn thất đến nền kinh tế.
Vấn đề đặt ra là phải làm như thế nào để có thể tận dụng được nguồn nguyên liệu phế phụ phẩm một cách có hiệu quả, vừa xử lý được ô nhiễm môi trường vừa giải quyết được các vấn đề dinh dưỡng cho cây trồng và cải tạo đất. h 2 Theo các nhà nghiên cứu trước đó đã cho thấy, phân bón dạng nước được sản xuất từ nguồn nguyên liệu phế phụ phẩm nông nghiệp không chứa độc tố và được nhiều nghiên cứu chứng minh có tác động tích cực trong việc cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng giữ nước, thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển hệ vi sinh vật có lợi trong đất. Do đó phân bón dạng nước được sản xuất từ nguồn nguyên liệu 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. Trong nhiều năm trở lại đây ngành công nghệ sản xuất và thị trường tiêu thụ bia ngày càng phát triển, sản lượng bia được tạo ra với số lượng lớn, kéo theo lượng bã bia thải ra cũng tăng.
Bã men bia chứa rất nhiều tế bào nấm men, và trong tế bào nấm men lại chứa rất nhiều các chất dinh dưỡng có giá trị nổi bật như protein và vitamin, đặc biêt là các vitamin nhóm B. Hàm lượng protein của nấm men dao động trong khoảng từ 40 - 60% vật chất khô tế bào. Về tính chất thì protein của nấm men gần giống protein có nguốn gốc từ động vật, chứa khoảng 20 axit amin, trong đó có đủ các axit amin thiết yếu. Đối với các nhà máy sản xuất bia ở nước ngoài bã men bia được dùng để tạo ra men chiết xuất được và sử dụng như là một chất điều vị trong chế biến thực phẩm hay làm thành phần cung cấp nitrogen và các chất kích thích sinh trưởng cho môi trường nuôi cấy vi sinh.
Ở Việt Nam nói chung và nhà máy sản xuất bia Vicoba Thái Nguyên nói riêng, bã men bia chưa được sử dụng một cách có hiệu quả mà chỉ thải ra môi trường bên ngoài, điều này gây ô nhiễm môi trường vì chất thải men bia có hàm lượng COD rất cao. Vì vậy việc nghiên ứng dụng kỹ thuật xử lý bã men bia và kỹ thuật sản xuất các sản phẩm từ bã men bia thì sẽ giải quyết được rất nhiều vấn đề như: Giảm ô nhiễm môi trường, chủ yếu là ô nhiễm nước thải, đem lại hiệu quả kinh tế giảm giá thành bia nhờ giảm chi phí đầu tư vào máy móc xử lý chất thải và tận dụng hiệu quả các sản phẩm phụ để tạo ra nguồn thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao. 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 bã men h 3 bia” nhằm góp phần vào việc đưa ra dạng phân bón mới có giá trị sử dụng cao vào sản xuất và đáp ứng được nhu cầu sản xuất nông nghiệp trong nước. 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 bã men bia. 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 bón dạng nước từ nguồn nguyên liệu bã men bia; - 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 bã men bia. 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 bã men bia thành các protein ngắn mạch, oligopeptit, axit amin của 2 loại chế phẩm EM và 3 loại enzyme thương mại; - Nghiên cứu được ảnh hưởng của thành phần protein hòa tan sau thủy phân bã men bia 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 nhà máy bia để tạo ra được loại phân bón dạng nước phù hợp cho các loại cây được trồng theo công nghệ cao, công nghệ nhà kính. h 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan về bã men bia 2. Khái niệm và nguồn gốc Quá trình sản xuất bia thải ra rất nhiều loại phế liệu: Phế liệu hạt, mầm malt, bã malt, cặn protein, nấm men bia và CO2.
Ngoài CO2 là nguồn phế liệu có thể tái sử dụng để tăng chất lượng bia thì bã malt, mầm malt và nấm men bia là nguồn phế liệu có ý nghĩa quan trọng trong thực phẩm và thức ăn gia súc cả về số lượng và giá trị dinh dưỡng. Bã nấm men bia là một phế phẩm của sản xuất, được nằm lại trong các thùng lên men và các hầm chứa sau khi lên men chính và lên men phụ. Men bia có giá trị dinh dưỡng cao và chữa bệnh tốt. Bã men bia (hay còn gọi là nấm men bia) thuộc loài Saccharomyces cerviside, có hoạt tính enzyme invertase (EC 3.
Enzyme này thường tập trung chủ yếu ở trong lớp không gian chứa tế bào nấm men [10]. Chúng có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường nước mạch nha như các loại đường hòa tan, các hợp chất nitơ (các axit amin, peptit), vitamin và các nguyên tố vi lượng … qua màng tế bào. Sau đó, thông qua hàng loạt các phản ứng hóa sinh mà đặc trưng là quá trình trao đổi chất để chuyển hóa các chất này thành những dạng cần thiết cho quá trình phát triển và lên men của nấm men. Nấm men bia là loài hô hấp yếm khí tùy tiện.
Nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng và phát triển tối ưu cho đa số các chủng này là 25 - 30oC và ngừng hoạt động ở nhiệt độ 40oC và tới 50 - 60oC thì nấm men bị chết [14],[22]. Cấu tạo của tế bào nấm men a. Đặc điểm hình thái Tế bào nấm men có hình dạng và kích thước đa dạng, phụ thuộc vào giống, loài. Tế bào nấm men thường có hình ovan hoặc hình cầu, khi nấm men già có hình ovan dài hoặc hình sợi [14].
Tùy vào chủng nấm men mà tế bào có kích thước khác h 5 nhau. So với các vi sinh vật khác tế bào nấm men có kích thước tương đối lớn: đường kính khoảng 7µm và chiều dài từ 8 - 12µm [22]. Đặc điểm cấu tạo Tế bào nấm men là tế bào có nhân thật được cấu tạo từ các thành phần chủ yếu sau: - Thành tế bào: Thành tế bào nấm men dày khoảng 15 - 25nm, có độ bền chắc, có nhiều lỗ nhỏ li ti đường kính khoảng 3,6 nm để chất dinh dưỡng có thể đi qua. Trong thành tế bào có chứa 10% protein (tính theo khối lượng chất khô), trong số protein này có một phần là các enzym.
Trên thành tế bào còn thấy một lượng lipit nhỏ [14]. Thành tế bào được cấu tạo gồm có ba lớp: Lớp trong cùng có cấu tạo từ β - Glucan không tan trong kiềm, lớp giữa cấu tạo từ β - Glucan hòa tan, lớp ngoài cùng được cấu tạo từ mannanphosphoryl, ngoài ra còn có kitin. Mannan là hợp chất cao phân tử của D - mananoza, rất phân nhánh. Thường mannan liên kết với protein theo tỷ lệ 2:1 tạo thành hợp chất polyme peptidomannan - có vai trò trong việc kết lắng của nấm men vì có khả năng gắn với ion Ca2+ nhờ nhóm phosphat hoặc nhóm cacboxyl của nó.
Glucan là hợp chất cao phân tử của D - glucoza có cấu trúc phân nhánh góp phần tạo nên độ cứng cho thành tế bào. Giữa lớp ngoài cùng và lớp giữa có chứa các enzym: Invertaza, phosphataza, β - glucosidaza, proteaza… Kitin là hợp chất cao phân tử của N - acetylglucosamin thường tập trung ở phía bầu mô, rất bền vững, không bị phá hủy nên có tác dụng bảo vệ chồi khi chồi còn non. Hàm lượng của chúng trong tế bào khoảng 1% [14],[22]. - Màng nguyên sinh chất Màng nguyên sinh chất nằm sát tế bào, chiều dày không quá 0,1nm, thành phần chủ yếu là: Protein, phospholipit, enzym permeaza [14].
Đây là một màng bán thấm điều chỉnh sự thấm qua tế bào các chất dinh dưỡng cần thiết và có lợi cho tế bào (đường đơn giản, nitrogen, phosphorous…) đồng thời thải ra ngoài các chất cặn bã (CO2, rượu, axit…). h 6 - Nguyên sinh chất Nguyên sinh chất là hệ keo được cấu tạo chủ yếu từ protein, hydratcacbon, lipit, chất khoáng, nước và các hợp chất khác. Nước trong tế bào chất chiếm tới 90% ở dạng tự do để hòa tan các chất trước khi tham gia vào các phản ứng trao đổi chất và dạng liên kết.