THỦY PHÂN RƠM RẠ BẰNG ENZYME CELLULASE

Việt Nam là một nước nông nghiệp với tổng sản lượng xuất khẩu lúa gạo cao thứ hai thế giới, sản lượng hàng năm ước tính đều đạt trên 45 triệu tấn với tổng diện tích thu hoạch trên 7 800 ha. Kèm theo sự phát triển về sản xuất nông nghiệp, lượng phế phẩm nông nghiệp kèm theo là cực kỳ lớn, đặc biệt là nguồn phế phẩm rơm rạ ước tính gấp đôi sản lượng lúa gạo thu nhận và có thể lên đến 70-80 triệu tấn. Với tập quán canh tác nông nghiệp cũ, các phế phẩm này được tiêu hủy bằng phương thức đốt trực tiếp trên đồng ruộng, phương thức này gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, phá hủy hệ sinh thái đất và làm lãng phí nguồn nguyên liệu phong phú dùng trong sản xuất công nghiệp chế biến các sản phẩm cho đời sống…


Thành phần chủ yếu của rơm rạ là cellulose, hemicellulose và số ít các thành phần khác. Cellulose một hợp chất cao phân tử có các đơn phân là D-glucose, nguồn năng lượng sinh học của mọi cơ thể sống. Cellulose không tan trong nước ngay cả khi đun nóng và các dung môi hữu cơ thông thường nhưng tan trong một số dung dịch acid vô cơ mạnh như: HCl, HNO3,... Trong vách  tế bào thực vật cellulose tồn  tại trong mối liên kết chặt chẽ với các polysaccharide khác: hemicellulose, pectin, ligin tạo thành những phức hợp bền vững, giúp cho các mô thực vật có độ bền cơ học và tính đàn hồi.

Trong phân tử cellulose, các mắt xích β-D-Glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1.4 glucocid kém bền trong các phản ứng thủy phân:(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 (xúc tác H+, to). Cellulose tự nhiên trong rơm rạ có cấu trúc không đồng nhất, gồm hai phần: một phần có cấu trúc tinh thể với trật tự cao rất bền vững và phần có cấu trúc vô định hình kém bền vững hơn. Hemicellulose polymer dị thể,  tồn tại cùng với cellulose trong thành tế bào thực vật, có cấu trúc mạch ngắn vô định hình hình dễ bị thủy phân bởi kiềm hoặc acid cũng như enzyme hemicellulose.

Để sử dụng được nguồn nguyên liệu cellulose từ các phế phẩm nông nghiệp, đặc biệt là cellulose có nguồn gốc từ rơm rạ cần phải thủy phân, cắt nhỏ mạch cellulose trước khi sử dụng nguồn nguyên liệu này cho mục đích sản xuất nhiên liệu sinh học, giá thể, thức ăn gia súc, phân bón hữu cơ,… Sau quá trình xử lý cơ bản bằng phương pháp vật lý nhằm cắt nhỏ rơm rạ, phương pháp hóa học, sử dụng acid mạnh để thủy phân cellulose còn nhiều hạn chế: giá thành đầu tư trang thiết bị đảm bảo an toàn cao, dư lượng hóa chất, ô nhiễm môi trường, phải trải qua giai đoạn xử lý trung gian nhằm loại bỏ tồn dư hóa chất,… Do đó, phương pháp xử dụng enzyme cellulase, đặc biệt là enzyme cellulase có nguồn gốc vi sinh vật đang là phương pháp an toàn, hiệu quả, mang lại hiệu quả kinh tế cao và giá trị phát triển bền vững.

Sử dụng enzyme cellulase đã được tách chiết và tinh chế để thủy phân rơm rạ mang nhiều ưu điểm so với phương pháp hoá học truyền thống, mang lạitính đặc hiệu và hiệu quả cao: loại trừ các phản ứng phụ cũng như các sản phẩm phụ không mong muốn, đạt được hiệu suất cao trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thông thường, giảm các chi phí về vật chất, sản phẩm sau thủy phân ít bị tạp bẩn, giảm ô nhiễm môi trường,…

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số hạn chế lớn như: giá thành cao của tách chiết và làm sạch enzyme, enzyme dễ dàng bị mất hoạt tính bởi các yếu tố tác động của môi trường,… Do đó, phương pháp bổ sung trực tiếp những vi sinh vật có khả năng thủy phân cellulose vào rơm rạ sau khi xử lý sơ bộ bằng phương pháp vật lý không những khắc phục các hạn chế trên mà còn mang lại hiệu quả vượt trội.


Trong điều kiện tự nhiên, cellulose bị thủy phân bởi vi sinh vật đến sản phẩm cuối cùng là glucose ngay cả trong điều kiện hiếu khí và kị khí. Các loài vi sinh vật tham gia thủy phân cellulose rất phong phú bao gồm: nấm sợi, xạ khuẩn, vi khuẩn, nấm men,… Phương pháp này cho hiệu quả vượt bậc nhờ vào các khả năng khác của vi sinh vật. Bên cạnh khả năng tiết cellulase thủy phân cellulose, chúng còn có khả năng chuyển hóa glucose thành các sản phẩm khác, có thể ứng dụng ngay để thu nhận sản phẩm tiếp theo: cồn sinh học, giá thể nuôi trồng nấm, phân bón sinh học, thức ăn gia súc,… mà không cần phải qua giai đoạn xử lý trung gian như phương pháp hóa học. Từ đó, mang lại hiệu quả kinh tế cao, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Phương pháp sử dụng các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose để thủy phân rơm rạ là phương pháp đơn giản, hiệu quả và là phương pháp tiên tiến, tối ưu nhằm xử lý ô nhiễm môi trường, mang lại hiệu quả kinh tế lớn trong tất cả các mức độ xử lý: từ đơn giản như ủ phân bón, ủ thức ăn cho gia súc,… có thể được tiến hành ngay trong từng hộ nông dân không cần đến các giải pháp phức tạp và đòi hỏi kỹ thuật cao như sản xuất nhiên liệu sinh học trong quy mô công nghiệp.

Trên đây, chúng tôi giới thiệu với quý bạn đọc một số nét khái quát về những lợi ích của vi sinh vật, trong việc tái sử dụng phế phẩm nông nghiệp để chế biến thành những sản phẩm hữu ích.

Trong những bài viết tới, chúng tôi sẽ cung cấp thêm những thông tin cần thiết và hữu ích đến quý vị về những quy trình sản xuất, chế biến và các chế phẩm mà Công tyTNHH Sinh phẩm số 1 Khánh Hòa có thể giúp các hộ nông dân thực hiện được ngay tại nhà./.


Cố Vấn Khoa Học: TS. Nguyễn Đình Bồng 

Trưởng Khoa Công nghệ Sinh học – Môi Trường - Trường Đại học Yersin Đà Lạt.

Bài viết liên quan

Tầm quan trọng của việc ứng dụng chế phẩm sinh học trong nuôi thủy sản
06/07/2016 9:11:41 SA

Tầm quan trọng của việc ứng dụng chế phẩm sinh học trong nuôi thủy sản

Trước yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng đối với các mặt hàng thực phẩm thủy sản là phải an toàn, chất lượng...
Dùng tỏi trong nuôi trồng thủy sản
06/07/2016 9:25:15 SA

Dùng tỏi trong nuôi trồng thủy sản

Tỏi được dùng để phòng trị nhiều bệnh (đường ruột, phân trắng, đốm trắng, gan tụy…) trên tôm cá; nhưng đa số người dùng và...
Phòng bệnh IHHNV trên tôm nuôi nước lợ
06/07/2016 10:19:07 SA

Phòng bệnh IHHNV trên tôm nuôi nước lợ

Kết quả xét nghiệm của Chi cục Thú y một số tỉnh ĐBSCL cho thấy, tỷ lệ mẫu tôm bệnh dương tính đối với bệnh...
Chế phẩm sinh học, tác nhân ức chế hoạt động của vi rút trong nuôi tôm
06/07/2016 10:51:42 SA

Chế phẩm sinh học, tác nhân ức chế hoạt động của vi rút trong nuôi tôm

Ngành nuôi tôm hiện được coi là ngành sản xuất lương thực chính, đóng góp quan trọng trong việc cung cấp nguồn protein cho nhu...
Cải tạo nguồn nước bằng chế phẩm sinh học
06/07/2016 11:11:53 SA

Cải tạo nguồn nước bằng chế phẩm sinh học

Vấn đề ô nhiễm nguồn nước hiện nay gây ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển nuôi trồng thủy sản. Chính vì thế việc...
Men vi sinh từ lý thuyết đến thực tiễn
06/07/2016 11:21:04 SA

Men vi sinh từ lý thuyết đến thực tiễn

Thực chất của việc dùng men vi sinh trong ao nuôi thủy sản như thế nào và thực sự men vi sinh có giải quyết...
Bản quyền © 2016 bioone.vn | Designed by Viễn Nam