Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT 1
BKH&CN
VKH&CNVN - VCNSH
LHKHSXCNSH&MT
Bộ khoa học và công nghệ
Ban chủ nhiệm
Liên hiệp Khoa học sản xuất Công nghệ sinh học và Môi trờng
Viện Công nghệ sinh học
Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Dự án
sản xuất thử nghiệm

Tên Dự án:

"
Hoàn thiện công nghệ sản xuất phân bón
hữu cơ từ phế thải cà phê
"
Mã số: KC04-DA04 TS. PhạmViệt Cờng

Hà Nội 2006
Tài liệu này đợc chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện Đề tài cấp Nhà nớc, mã
số KC. 04-DA04
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT 3
Mục lục
Bài tóm tắt 4
Lời mở đầu 10
Nội dung chính của Báo cáo 13
Phần 1: Tổng quan tài liệu. 13
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nớc và trong nớc 13
Phần 2: Nội dung đ thực hiện 20
2.1. Triển khai hoàn thiện công nghệ 20
2.2. Tổ chức sản xuất 20
Phần 3: Kết quả đ đạt đợc 22
3.1. Nội dung đạt đợc theo kế hoạch 22
3.1.1. Kiểm tra và tuyển chọn chủng giống 22
3.1.2. Hoàn thiện công nghệ lên men sinh khối chìm, nhân giống cấp hai các chủng vi
sinh vật chịu nhiệt có hoạt tính 23
3.1.2.1 Chọn môi truờng thích hợp 23
3.1.2.2. Các thông số công nghệ khác 23
3.1.2.3. Hoàn thiện kỹ thuật lên men xốp các chủng nấm, xạ khuẩn chịu nhiệt có khả
năng phân giải ligno-xenlulo 25
3.1.3. Hoàn thiện công nghệ nhân dịch vi sinh tại cơ sở sản xuất 30
3.1.4. Hoàn thiện các kỹ thuật lên men ủ phế thải cà phê 33

Chủ nhiệm
dự án
Liên hiệp KHSXCNSH &
Môi trờng
2 TS. Nguyễn Thị Kim Cúc
Chủ trì dự
án nhánh
Viện CNSH
3 TS. Phạm Công Hoạt
Chủ trì dự
án nhánh
Viện CNSH
4 Th.S. Hoàng Thị Minh Châu
Thực hiện
chuyên đề
Viện CNSH
5 CN. Nguyễn Thị Tuyết Mai Viện CNSH
6 CN. Phạm Đức Thuận NT Liên hiệp HSXCNSH&MT
7 CN. Lê Thị Hồng Minh NT
Liên hiệp
KHSXCNSH&MT
8 CN. Lê Văn Duyệt NT
Liên hiệp
KHSXCNSH&MT
9 TS. Hà Thị Mừng NT Đại học Tây Nguyên
10 TS. Trịnh Xuân Ngọ NT Đại học Tây Nguyên
11 TS. Phan Văn Tân NT Đại học Tây Nguyên
12 CN. Nguyễn Thanh Sơn NT
C.Ty Cà phê Buôn Ma
Thuột

2.2 Kết quả đạt đợc
2.2.1 Phần hoàn thiện công nghệ
2.2.1.1 Đã thực hiện kiểm tra tuyển chọn 10 chủng vi sinh vật cho quá trình sản
xuất chế phẩm vi sinh
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT 7
2.2.1.2. Đã hoàn thiện 01quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm vi sinh gốc
dạng lỏng và dạng bột bằng hai kỹ thuật lên men chìm và lên men xốp.
A, Đối với lên men chìm các chủng vi khuẩn phân giải lân và cố định N
có các thông số công nghệ chung nh sau; Nhiệt độ từ 30 đến 35
0
C, pH từ 7,0-
7,2, tốc độ khuấy 150 đến 200 vòng/phút, thời gian lên men 36 h. Mật độ vi sinh
vật đạt từ 4,7.10
9
đến 8.10
9
CFU/g.
B, Đối với lên men xốp các chủng vi nấm phân giải xenlulo: Môi trờng
gồm thành phần cơ chất cám, bùn mía, vỏ cà phê (3:2:1), các thành phần khác
g/l :
(NH
4
)
2
SO
4
-0,1

):
Urea 1,0 MnSO
4
0,002
Phân Kali 1,0 FeSO
4
0,001
Phân lân 0,5 CMC 5,0
MgSO
4
0,2 Rỉ đờng 10
NaCl 0,2 CaCl
2
0,1
b. Thông số kỹ thuật: - Tỷ lệ giống gốc 10%
- pH 7,1-7,3
- Nhiệt độ dao động từ 30- 35
0
C
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT 8
- Tốc độ sục khí liên tục từ 3-4 m
3
/phút
- Mật độ VSV: 7,5.10
8
-


xởng sản xuất phân bón HCVS công suất 10.000 tấn năm (bản vẽ ở phần
riêng).
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT 9
2.2.2.Tổ chức sản xuất chế phẩm vi sinh
- Hoàn thiện đợc 1 pilot sản xuất chế phẩm vi sinh công suất
100kg/ngày.
- Sản xuất đợc 7000 kg chế phẩm vi sinh Microcom
- Cùng với công ty cà phê Buôn Ma Thuột sản xuất đợc 7000 Tấn sản phẩm
- Tổ chức tiêu thụ sản phẩm
2.3. Kinh phí đợc cấp: Năm 2003: 1.650 triệu đồng
Năm: 2004: 450 triệu
Đã sử dụng : 2.100 triệu đồng,
Đề nghị quyết toán: 2.100 triệu
3. Kết luận:
1- Đã hoàn thành các nội dung cơ bản của hợp đồng Dự án thử nghiệm
sản xuất phân hữu cơ từ phế thải cà phê
2-Công nghệ đã đợc Bộ KH&CN tặng CUP vàng tại TECHMART,
thành phố Hồ Chí Minh, 2005.

11
Nội dung chính của Báo cáo
Phần 1: Tổng quan tài liệu
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài
nớc
Ngoài nớc :
Cà phê đợc trồng nhiều ở Braxin, Côlômbia, Inđônêxia. Đây là 3 nớc
có diện tích và sản lợng cà phê xuất khẩu lớn nhất thế giới. Từ những năm 80
trở lại đây, trên thế giới, nhất là ở những nớc có ngành công nghiệp chế biến cà
phê xuất khẩu, việc nghiên cứu các biện pháp sinh học để xử lý phế thải cà phê
cũng đợc đẩy mạnh nh tại Kenia, Braxin, Mỹ Tuy nhiên các nớc này xử lý
phế thải cà phê từ công nghệ chế biến ớt, ngời ta làm sạch một phần nớc thải
chế biến cà phê bằng công nghệ yếm khí sau đó cho nớc thải ra môi trờng qua
các hồ sinh học.
ở ấn Độ đã nghiên cứu 3 phơng pháp khác nhau để xử lý phế thải từ các
nhà máy chế biến cà phê. Các phơng pháp này đều kết hợp giữa xử lý a khí và
yếm khí, biến đổi một phần phế thải của cà phê thành khí metan (CH
4
) và một
phần làm thức ăn gia súc.
Nớc thải tại các nhà máy chế biến cà phê có hàm lợng BOD, COD rất
cao (tơng ứng với 3000kg/ngày và 4000 mg/l, đôi khi có thể cao hơn
9000mg/l). Chất rắn lơ lửng là 1500mg/l, gấp 3 lần hàm lợng cho phép, dầu mỡ
với nồng độ cao hơn 2 lần hàm lợng cho phép. Sau khi thử nghiệm các phơng
pháp xử lý khác nhau, phơng pháp xử lý yếm khí đã đợc lựa chọn nhờ những
đặc tính u việt về mặt kinh tế và kỹ thuật.
Xởng chế biến cà phê tại Mỹ đã sử dụng hệ thống tới phun để xử lý và
sử dụng 150-500m
3
nớc thải hàng năm. Khoảng hơn 40 ha cỏ ba lá và sậy đợc

học chú ý. Lợng thịt cà phê trong 5 nớc Trung Mỹ có khoảng 925.000
tấn/năm, trong đó chỉ một phần nhỏ đợc trở lại đồn điền. Các nghiên cứu chỉ ra
rằng thịt cà phê sau khi lên men chứa hàm lợng N, P, K cao và nh thế nó có
thể thay thế đáng kể lợng phân bón hoá học trong các nông trờng cà phê. Hỗn
hợp 1/4 đất và thịt cà phê sau khi lên men là thích hợp cho sự phát triển của cây
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT 13
cà phê con. Đã có những nghiên cứu so sánh ảnh hởng của phế thải cà phê, phế
thải đô thị, mùn ca, nớc cống rãnh sau khi xử lý lên sự phát triển của
Rudbeckia hirta L. Nếu phân trộn có chứa 10, 25, 50% theo thể tích mỗi loại
phế thải thì không thấy sự phát triển khác nhau đáng kể của loại cây này. Nhng
nếu nồng độ phế thải cà phê tăng tới 80% theo thể tích thì sẽ làm giảm sự phát
triển của cây. Hiện nay Nhật Bản đang cùng Viện Công nghệ Sinh học quan tâm
đến nguồn năng lợng sinh học thu đợc từ biomass trong đó có vỏ cà phê.
Tình hình nghiên cứu trong nớc
Những năm gần đây khái niệm phân bón vi sinh hoặc phân bón hữu cơ
vi sinh đã xuất hiện trong nông nghiệp Việt Nam. Có một số nghiên cứu sản
xuất phân bón vi sinh đơn chủng nh: Nitragin, Azolgin, Rhizolu và đa chủng:
VSTH chế phẩm EM, phân bón chức năng đa chủng. Một số phân bón hữu cơ
sinh học nh: sông Gianh, Thiên Nông, Hudavil đợc sản xuất chủ yếu bằng
nền cơ chất là than bùn đã đóng góp phần nào vào sự phát triển nền nông nghiệp
sạch của Việt Nam.
Từ năm 1988, cà phê ở Việt Nam đợc trồng đại trà trên quy mô sản xuất
ở các đồn điền t bản Pháp thiết lập ở vùng Trung du Bắc Bộ, rồi lan dần vào
Trung bộ. Mãi đến năm 1920 1925, t bản Pháp mới đầu t phát triển cà phê ở
vùng đất đỏ bazan phì nhiêu màu mỡ trên các cao nguyên Nam Trung Bộ. Nh
thế tính đến nay cây cà phê nhập nội đợc trồng và phát triển trên các vùng đất
Việt Nam đã gần tròn 100 năm.

lồ. Một số loài nấm khác cũng có hoạt tính phân giải xenlulo khá cao là
Aspergillus niger, Fusarium sonali Các loài nấm a nhiệt cũng đợc chú ý vì
có thể tổng hợp các enzym bền nhiệt, sinh trởng và phân giải nhanh xenlulo,
nhng hoạt tính xenlulaza của dịch lọc thấp.
Vi khuẩn cũng có khả năng phân giải xenlulo nhng cờng độ không
mạnh bằng nấm sợi do lợng enzym tiết ra môi trờng ít hơn và các thành phần
enzym không đầy đủ. ở trong đất thờng có ít loại vi khuẩn có khả năng sinh cả
3 loại enzym, do đó để có thể phân giải xenlulo tự nhiên các loài vi khuẩn phải
hỗ trợ lẫn nhau để hiệu quả phân giải hoàn chỉnh hơn.
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT 15
Các chủng vi khuẩn hiếu khí cũng có khả năng phân giải xenlulo khá
mạnh nh: Cellulomonas, Vibrio, Archomobacter.
Trong tự nhiên, ngoài nấm sợi và vi khuẩn, xạ khuẩn cũng đợc các nhà
khoa học chú ý đến. Xạ khuẩn có mặt quanh năm trong tất cả các loại đất, số
lợng phụ thuộc vào đất và tính chất của đất. Một số xạ khuẩn có hoạt tính phân
giải xenlulo cao đáng chú ý là: Steptosporaugium, Streptomyces, Actinomyces
Thực vật sử dụng một số hoocmon để điều chỉnh quá trình sinh trởng và
phát triển của mình, trong đó nhóm hoocmon gọi là auxin nội sinh đợc tìm
thấy hầu hết ở các loài. Một trong những auxin phổ biến nhất là axit indol axetic
(IAA). Bên cạnh thực vật, nhiều vi sinh vật, đặc biệt là các vi sinh vật đất và
vùng rễ thực vật bao gồm các vi khuẩn biểu sinh, vi khuẩn gây bệnh cho thực
vật và vi khuẩn kích thích sinh trởng thực vật cũng có khả năng sinh tổng hợp
IAA. ở mỗi loại vi khuẩn tồn tại các con đờng sinh tổng hợp IAA khác nhau.
Việc nghiên cứu khả năng sinh tổng hợp IAA của vi sinh vật rất có ý
nghĩa trong việc phát triển một nền nông nghiệp bền vững. Các chủng vi khuẩn
sinh IAA thờng đợc đa vào phân bón vi sinh để phục vụ sản xuất nông
nghiệp. Sử dụng các vi khuẩn không gây bệnh và có khả năng sinh tổng hợp

4
)
2
có tiềm năng sử dụng trong thực tế.
Có rất nhiều loại vi khuẩn có ích đợc tìm thấy ở vùng rễ, trên rễ và thân
của lúa, lúa mì, ngô, mía và các loại cây hoà thảo khác. Sự quan tâm đến các
loại vi khuẩn vùng rễ thời gian gần đây tăng mạnh do khả năng sử dụng chúng
nh một loại phân bón sinh học. Một số tác giả cho rằng hiệu ứng kích thích sự
phát triển cây là do quá trình cố định nitơ sinh học và sự tạo phytohormon, làm
cho rễ cây phát triển, nh vậy quá trình hấp thụ nớc và các chất dinh dỡng có
hiệu quả và kết quả là sự phát triển của cây tốt hơn. Vi khuẩn cố định nitơ sống
tự do thuộc các chi azotobacter, Acetobacter, azospirillum, azoarcus,
Enterobacter và Herbaspirilum thờng sống ở vùng rễ của các cây trồng.
Các loại cây trồng đều đòi hỏi một lợng phân đầy đủ, cân đối cho sự
sinh trởng và phát triển và phân hoá học đã đáp ứng đợc yêu cầu đó. Các loại
phân bón sử dụng trong nông nghiệp gồm có các nguyên tố nitơ và photpho, nói
chung nguồn dinh dỡng này đợc phân bố trong đất trồng nhng cây khó hấp
thụ nếu không có sự tham gia của vi sinh vật đất. Mặt khác, giá của phân hoá
học tơng đối cao và khi đợc sử dụng lâu dài chúng sẽ gây thoái hoá đất trồng.
Vì vậy, các nhà khoa học và đặc biệt là các nhà công nghệ sinh học trong khi cố
gắng giảm giá thành phân bón, đã sử dụng các chi vi khuẩn khác nhau đợc
phân lập từ đất ở dạng phân sinh học để giảm lợng phân hoá học, cải thiện và
tăng độ phì nhiêu của đất. Trong thời gian gần đây ở nớc ta, phân bón vi sinh
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT 17
cố định đạm đã dần đợc sử dụng một phần nào thay thế cho phân bón hoá học-
một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trờng. Điều này đã cải thiện đáng
kể môi trờng đất và tăng năng suất cây trồng.
18

Phần 2: Nội dung đ thực hiện
2.1. Triển khai hoàn thiện công nghệ
2.1.1. Kiểm tra và tuyển chọn chủng giống
2.1.2. Hoàn thiện công nghệ lên men sinh khối chìm, nhân giống cấp 2 các
chủng vi sinh vật chịu nhiệt
2.1.3. Hoàn thiện công nghệ nhân dịch vi sinh
2.1.4. Hoàn thiện các kỹ thuật lên men ủ phế thải cà phê
2.1.5. Hoàn thiện công nghệ chế biến bán thành phẩm
2.1.6. Khảo nghiệm ngoài đồng ruộng
2.1.7. Hoàn thiện thiết kế tổng thể dây chuyền thiết bị
2.2. Tổ chức sản xuất
2.2.1. Hoàn thiện pilot sản xuất chế phẩm men vi sinh
2.2.2. Tổ chức sản xuất phân hữu cơ vi sinh HCVSLOT và HCVSTHUC trên nền
POLYFA.

Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT 19
Phần 3: Kết quả đ đạt đợc
3.1. Nội dung đạt đợc theo kế hoạch.
3.1.1. Kiểm tra và tuyển chọn chủng giống:
Trong quá trình hoàn thiện công nghệ và sản xuất sản phẩm phân bón
HCVS luôn luôn cần phải tuyển chọn lại 10 chủng vi sinh vật đã sử dụng để ổn
định hoạt tính. Các chủng vi sinh vật này là sản phẩm đợc phân lập và tuyễn
chọn từ các đề tài KHCN 02-04B và KC 02-04.

Bacillus flexus 14
- Vi sinh vật phân giải xenlulo:
Sau khi phân lập đợc một số chủng vi sinh vật phân giải xenluloza đợc
lu giữ trong bộ su tập của các đề tai trớc chúng tôi tiến hành tuyển chọn lại
các chủng:
S.nashvillensis, Bacillus sp., T. Koningii, fischer, A. fumigatusi
3.1.2. Hoàn thiện đợc công nghệ lên men sinh khối chìm, nhân giống cấp
hai các chủng vi sinh vật chịu nhiệt có hoạt tính.
3.1.2.1 Chọn môi truờng thích hợp
Chúng tôi tiến hành thử nghiệm trên 4 loại môi trờng đối với các chủng
vi sinh vật có hoạt tính chịu nhiệt:
MT1: g/l

CaCl
2
. 2H
2
O - 0,02
K
2
HPO
4
- 0,1
FeCl
3
.6H
2
O - 0,01
MgSO
4

2
O 0,20
MnSO
4
.7H
2
O 0,25
MT3 g/l:

NH
4
SO
4
- 0,4
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT 21
KH
2
PO
4
- 0,2
MgSO
4
.7H
2
O- 0,025
CaCO
3

Cao thịt bò 5
Sau khi thử nghiệm 4 loại môi trờng chúng tôi đã lựa chọn đợc môi
trờng thích hợp cho mỗi loại vi sinh vật có hoạt tính cố định nitơ, phân giải lân,
các chủng vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm có khả năng phân giải xenlulo.
Công thức môi trờng MT1 phù hợp với chủng:
Pseudomonas nitroreducens. và Bacillus horikoshii.
Công thức môi trờng MT2 phù hợp với các chủng:
Bacillus pumilus 16, Bacillus silvestris 67, Bacillus flexus 14.
Công thức môi trờng MT3 phù hợp với chủng: S.nashvillensis
Công thức môi trờng MT4 phù hợp với chủng: Bacillus sp. (III)
Các chủng T. koningii A.fischer , A. fumigatusi phát triển tốt nhất trên
môi trờng xốp.
3.1.2.2. Các thông số công nghệ khác:
Đã nghiên cứu các thông số công nghệ tối u cho quá trình lên men 10
chủng vi sinh lựa chọn với các thông số sau:
- Nhiệt độ với các giá trị sau: 30-35
0
C, 40-45
0
C, 45-50.
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT 22
- Thời gian lên men: từ 24h đến 36h.
- Tốc độ quay của cánh khuấy: từ 100 đến 250 vòng/phút.
- pH của môi trờng: 6,5 - 7,2-7,5.
Cuối cùng xác định mật độ của các chủng sử dụng:
Các công thức môi trờng và thông số công nghệ cho kết quả tốt nhất
đợc tổng hợp và trình bày ở bảng 1:

MgSO
4
.7H
2
O- 0,2
NaMoO
4
.2H
2
O-0,002
Manitol - 20
NaCl- 0,130-3536 7,2-
7,5 150 3,7.10
9
-8.10

O 0,25 30-3536 7,0-
7,2 150 4,7.10
9
-
5,3.10
9

P. hoà
tanàg/
ml
189-
201
Phân giải
Xenlulo
S.nashvillensis

200

3,2.10
8
Đờng
kính
phân
giải.
23mm(
D)
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT 23
Phân giải
Xenlulo
Bacillus sp. III
MT4g/l :

(NH
4
)
2
SO
4
0,1
KCl 0,2
Ca
3
(PO

7,2.10
9
-8.10
9 25mm(
D)

3.1.2.3. Hoàn thiện kỹ thuật lên men xốp các chủng nấm, xạ khuẩn chịu
nhiệt có khả năng phân giải ligno-xenlulo
A. Thành phần cơ chất
CT1 : cám, bùn mía, vỏ cà phê (3:2:1)
CT2 : cám, than bùn (tỉ lệ 1:1)
CT3 : cám, than bùn, vỏ cà phê (tỉ lệ 1:1:1)
CT4 : than bùn, vỏ cà phê (tỉ lệ 1:1)
Các chủng T. koningii, A.fischeri , A. fumigatus có khả năng phân giải xenlulo
đợc nuôi trên các môi trờng xốp trên với các muối (%)
1. (NH
4
)
2
SO
4
0,10
2. MgSO
4
.7H
2
O 0,20

TT
Môi
trờng
SK HT SK HT SK HT SK HT
1 CT1 5.10
8
23 4,1.10
6
20 3,7.10
7
19 2,9.10
7
19,5
2 CT2 4.10
5
17 4,2.10
4
15 6.10
6
19 4.10
6
18,9
3 CT3 5.10
6
18 6,3.10
5
12 3.10
7
18 8.10
5

0
C, 37
0
C- 40
0
C, 40
0
C đến 45
0
C
- Độ dàycủa lớp ủ: 2 cm; 4cm; 6cm; 8 cm
- Thời gian ủ : từ 24h - 48h
- Kiểm tra mật độ vi sinh.
Sau khi so sánh chúng tôi lựa chọn ra những thông số tối u nhất cho sự
phát triển của các chủng vi nấm có khả năng phân giải xenlulo. Các chỉ số công
nghệ đợc tổng hợp tại bảng 3:
Dự án KC04-DA04 Liên hiệp Khoa học sản xuất CNSH&MT 25
Bảng 3: Bảng tổng hợp thông số lên men xốp tối u cho các chủng vi nấm
Chủng

Công
thức
môi
trờng
Độ ẩm
môi
trờng(%)

sản xuất
3.1.3.1 Hoàn thiện thành phần môi trờng trong công nghệ lên men nhân dịch
vi sinh tại nhà máy, các chủng vi sinh vật từ chế phẩm vi sinh ban đầu trong
điều kiện không thanh trùng.
Chế phẩm vi sinh đông khô đợc nhân giống cấp 2 trong môi trờng lỏng
giàu dinh dỡng(g/l):
- Pepton 5; Cao thịt 5; Glucoza 10; NaCl 5; NH
4
SO
4
0,4; KH
2
PO
4
0,2;
MgSO
4
.7H
2
O 0,025; CaCO
3
0,1.
Sau khi nhân giống cấp 2 để thu sinh khối phục vụ cho sản xuất tại nhà
máy, tiến hành nhân giống trong điều kiện không thanh trùng trên các loại môi
trờng sau với điều kiện nhiệt độ nuôi cấy khoảng 30
0
C (nhiệt độ môi trờng tự
nhiên, pH môi trờng 7.1-7,3) sục khí 2m
3
/phút. Thành phần các muối trung, đa