BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI






 NGUYỄN MAI PHƯƠNG NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG CHẾ PHẨM VI
SINH XỬ LÝ CÀNH LÁ CHÈ LÀM PHÂN BÓN HỮU CƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ : 60.44.03.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ NHƯ KIỂU HÀ NỘI, 2013Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố
trong bất kì công trình nào khác.
Tôi xin cam ñoan các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược
chỉ rõ nguồn gốc./.

Tác giả luận văn

LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC BẢNG vii
DANH MỤC HÌNH ix
MỞ ðẦU 1
1. Tính cấp thiết của ñề tài 1
2. Mục ñích 2
3. Yêu cầu 2
Chương 1. TỔNG QUAN 3
1.1. ðịnh nghĩa cây chè 3
1.2. Hiện trạng tồn dư của phế phụ phẩm trong chế biến chè 3
1.3. Thành phần hoá học chính của chè 5
1.3.1. Xenlulo 5
1.3.2. Các nguyên tố tro 6
1.3.3. Tanin 8
1.3.4. Cafein (hay hợp chất Ankaloit) 14
1.4. Cơ sở khoa học của quá trình phân hủy xenlulo 14
1.4.1. Sinh tổng hợp xenlulaza của vi sinh vật 14
1.4.2. Cơ chế phân giải xenlulo 15
1.4.3. Vi sinh vật phân giải xenlulo 18
1.5. Các nghiên cứu và ứng dụng chế phẩm vi sinh xử lý các sản phẩm chè
nhằm bảo vệ môi trường và ñem lại hiệu quả kinh tế. 22
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
iv

Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

v

3.3.2. Chọn chất mang 52
3.4. ðánh giá hiệu quả xử lý cành lá chè của chế phẩm 58
3.4.1. Kết quả phân tích thành phần cành lá chè trước khi ủ 59
3.4.2. Kết quả xử lý cành lá chè làm phân bón 60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67
1. Kết luận 67
2. Kiến nghị 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO 68
PHỤ LỤC 70
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ctv
Cộng tác viên
CT
Công thức
VSV
Vi sinh vật
FAO
Tổ chức lương thực và nông nghiệp liên hợp quốc
VK
Vi khuẩn
XK

chủng vi khuẩn 44
3.10 Ảnh hưởng của tốc ñộ sục khí ñến mật ñộ tế bào của các chủng vi
khuẩn lựa chọn 45
3.11 Ảnh hưởng của tốc ñộ cánh khuấy ñến mật ñộ tế bào của các chủng
vi khuẩn lựa chọn 46
3.12 Khả năng sinh trưởng và phát triển của các chủng vi khuẩn lựa
chọn trên các loại môi trường khác nhau 47
3.13 Ảnh hưởng của tỷ lệ giống cấp 1 ñến mật ñộ tế bào của các chủng
vi khuẩn lựa chọn 48
3.14 Các thông số kỹ thuật lên men tối ưu của các chủng (V12, V14) 49 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
viii

3.15 ðộng thái phát triển của chủng V12

trên thiết bị lên men chìm 49
3.16 ðộng thái phát triển của chủng V14

trên thiết bị lên men chìm 50
3.17 Các thông số kỹ thuật lên men tối ưu của chủng X2, X3 50
3.18 ðộng thái phát triển của chủng X2

trên thiết bị lên men chìm 51
3.19 ðộng thái phát triển của chủng X3

trên thiết bị lên men chìm 51
3.20 Mật ñộ tế bào các chủng vi sinh vật khi nuôi cấy trên các nguồn
cơ chất khác nhau 52

1.5 Cơ chế hoạt ñộng của β-glucosidaza 16
1.6 Cơ chế thủy phân xenlulo của Erikson (1980) 18
3.1 ðường kính vòng phân giải của một số chủng VSV phân lập 39
3.2 Hình ảnh minh họa khả năng tác ñộng tương hỗ với nhau của các
chủng VSV phân lập. 39
3.3 Hoạt tính phân giải xenlulo của chế phẩm sử dụng hỗn hợp chủng 40
3.4 Khuẩn lạc của các chủng vi sinh vật sử dụng sản xuất chế phẩm. 42
3.5 Sơ ñồ sản xuất chế phẩm 57
3.6 ðồ thị biến ñộng nhiệt ñộ 6 ñống ủ thí nghiệm sau 40 ngày. 61 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
1

MỞ ðẦU

1. Tính cấp thiết của ñề tài
Việt Nam là một quốc gia có sản lượng chè hàng năm lớn và chất
lượng chè ñược ñánh giá là tốt trên thế giới với những dòng chè nổi tiếng như
chè Mộc Châu, chè Tân Cương Thái Nguyên, chè Hà Giang Chè là một ñồ
uống lí tưởng và có nhiều giá trị về dược liệu. Hỗn hợp Tamin chứa trong chè
có khả năng giải khát, chữa một số bệnh về ñường ruột như tả, lị, thương
hàn… (ðoàn Anh Tuấn, 2012).
ðể có ñược những sản phẩm chè tươi ngon thì tại vùng núi và trung du
Bắc Bộ nước ta là nơi có ñủ ñiều kiện ñể có những ñồi chè xanh mướt bạt
ngàn. Tuy nhiên, công việc nào cũng sẽ tạo ra rác thải, người ta chỉ lấy búp
chè ñể sản xuất, vấn ñề là chúng ta cần phải giải quyết phần cành và lá chè
sau khi ñốn tỉa ñã bị khô không dùng ñến như một phụ phẩm nông nghiệp.
Trước ñây ở nông thôn thường sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp ñể
ñun nấu, nhưng ngày nay ñời sống nông thôn ñược cải thiện, sức ép năng

3

Chương 1. TỔNG QUAN

1.1. ðịnh nghĩa cây chè
Cây chè hay cây trà có tên khoa học là Camellia sinensis là loài cây mà
lá và chồi của chúng ñược sử dụng ñể sản xuất chè. Tên gọi sinensis có nghĩa
là "Trung Quốc" trong tiếng Latinh. Các danh pháp khoa học cũ còn có Thea
bohea và Thea viridis (Wikipedia).
1.2. Hiện trạng tồn dư của phế phụ phẩm trong chế biến chè
Hiện nay chưa có số liệu cụ thể của cả nước về hiện trạng tồn dư của
phế phụ phẩm trong trồng và chế biến chè, nhưng có thể ước tính lượng phế
phụ phẩm này rất lớn, vì sản lượng chè rất lớn.
Trên thế giới có 58 quốc gia trồng và chế biến cây chè, trong ñó những
nước có diện tích lớn như: Trung Quốc 1115300 ha, Ấn ðộ 421.900 ha,
Xrilanca 187.300 ha, Inñônêxia 128.500 ha, Kênia 112.500 ha, Thổ Nhĩ Kì
76.600 ha (Số liệu năm 1977) (Manuja Peiris, 2010).
Về tốc ñộ sản xuất chè thì năm 1993, các nước châu Á sản xuất 81%
tổng sản lượng chè trên thế giới. Trong ñó riêng 4 nước ñã ñạt 67% là: Ấn ðộ
29%, Trung Quốc 23%, Xrilanca 8,5%, Inñônêxia 6,5%. Các nước châu Phi
sản xuất 12% tổng sản lượng chè thế giới. Trong ñó riêng Kênia chiếm 62%
sản lượng chè toàn châu Phi và chiếm 8% tổng sản lượng chè thế giới.
Tại Việt Nam: cả nước hiện nay có 76 cơ sở chế biến chè với tổng công
suất 1046 tấn chè tươi/ngày. Trong ñó Tổng Công ty chè Việt Nam quản lí 27
cơ sở với tổng công suất 542 tấn/ ngày. Các công ty chè ñịa phương có 49 cơ
sở với tổng công suất 504 tấn/ ngày, loại quy mô 13- 48 tấn/ ngày có 37 cơ
sở, loại 6-10 tấn/ ngày có 39 cơ sở. Quy mô chế biến công nghiệp 60-62%,
còn lại là chế biến thủ công hoặc bán cơ giới. Các loại sản phẩm chế biến ra
thì chè ñen chiếm 60-65%, chè xanh 30-35%, các loại chè khác 5%. Ngoài ra
chúng ta còn có một Viện Nghiên Cứu chè xây dựng năm 1988, nghiên cứu

(chè F3)
Bán cho các lái
buôn, tiêu thụ tại
Trung Quốc
2
Nhà máy chè Trạm
Thản - Phù Ninh
(Tháng 5 - tháng 10)
3.200 -
7.200
Chè F3; 36 -
66 tấn/ năm
Bán sang cho Trung
Quốc
3
Công ty chè ðại ðồng -
Thanh Ba
(Tháng 5 - tháng 10)
8.000 -
10.500
Chè F3: 120
- 210
tấn/năm
Bán cho Trung
Quốc
4
Nhà máy chè Hải Ninh
(Vũ Ẻn - Thanh Ba)
(tháng 5 - tháng 10)
9.000 -

cơ bản ñã ñược tìm hiểu từ sự phân tích tán xạ X.
Khối lượng ñạt ñược khoảng 80x10
9
tấn mỗi năm, chiếm 50% tổng
cacbon hữu cơ sinh quyển. Hàm lượng xenlulo trong các loài thực vật giao
ñộng trong khoảng từ 20% chất khô ở một số loài cỏ, 45% trong gỗ và trên
90% trong sợi cotton. Xenlulo trong cành lá chè chiếm ñến 40%.
Trọng lượng phân tử của xenlulo do ñó cũng dao ñộng từ 50.000 –
2.500.000 Dalton tùy thuộc vào nguồn gốc loài thực vật.

Hình 1.1: Cấu tạo phân tử β
ββ
β-1,4-glucoza Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
6Hình 1.2: Chuỗi mạch thẳng của xenlulo trong không gian.

Cấu trúc xenlulo không ñồng nhất và thường có hai vùng: vùng kết tinh
với cấu trúc có ñộ trật tự rất cao và bền vững với tác ñộng của ñiều kiện tự
nhiên, enzym xenlulaza chỉ có tác dụng bề mặt hệ sợi ở vùng này. Vùng vô
ñịnh hình có cấu trúc không chặt chẽ và dễ bị tác ñộng bởi các yếu tố bên
ngoài. Khi gặp nước, chúng dễ bị trương lên, do ñó enzym xenlulaza dễ tác
ñộng và làm thay ñổi toàn bộ cấu trúc (Lê Xuân Phương, 2005).
Xenlulo không tan trong nước nhưng có thể trương lên do hấp thụ
nước. Xenlulo bị phân hủy khi ñun nóng với axit hoặc kiềm ñặc ở nồng ñộ
cao. Tuy nhiên, xenlulo sẽ bị phân hủy bởi enzym xenlulaza ở nhiệt ñộ từ 30-

Lượng tro
chung
Lượng
tro hoà
tan
Lượng tro
chung
Lượng
tro
hoà
tan
Lượng
tro
chung
Lượng
tro
hoà
tan
Anaxeuli 5,01 3,45 5,40 3,30 5,89 3,08
Bobocvati

4,39 3,90 5,33 3,47 5,79 2,68
Gali 5,05 3,69 5,41 3,45 5,89 3,12
“Nguồn: Trịnh Văn Loan, Nguyễn Thị Huệ, 1987”
Qua bảng số liệu 1.2 ta thấy, nguyên liệu càng già thì tổng lượng tro
càng tăng nhưng lượng tro hoà tan giảm.
Theo kết quả phân tích chất tro trong chè Grudia (Liên Xô) cho thấy,
giữa hàm lượng kali, photpho và chất lượng của chè có sự phụ thuộc lẫn nhau
nhất ñịnh: các loại chè tốt có chứa các nguyên tố này nhiều hơn, nhưng ở các
loại chè cấp thấp thì hàm lượng natri, canxi và magiê cao hơn, còn các

1.3.3. Tanin
a. Tính chất và thành phần của tanin
Trong thành phần hoá học của là chè tươi hay chè thành phẩm phức
chất tanin giữ một vị trí rất quan trọng vì nó quyết ñịnh chất lượng của chè.
Tanin có bản chất muôn màu muôn vẻ, không phải là một ñơn chất mà
là một hỗn hợp phức tạp của các hợp chất có ñặc tính polyphenol. Trong
thành phần tổ hợp của phức chất tanin chè gồm các polyphenol catesin ñơn Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
9

giản và các sản phẩm oxyhoá của chúng (tanin phân tử lớn).
Từ thế kỷ 19, người ta ñã tiến hành nghiên cứu bản chất hoá học
của tanin trong lá chè. Năm 1947, F.Rocfeder ñã tách ñược axit galic
trong chè xanh, ñến năm 1867, H.Lazivet ñã tách ñược axit galic, các chất
flavonol từ chè ñen. Qua các kết quả thí nghiệm ñã xác ñịnh ñược rằng,
thành phần tổ hợp của tanin chè trong búp chè tươi chủ yếu gồm các
catesin và một số hợp chất màu. Hiện nay sau khi ñã xác ñịnh ñược thành
phần hoá học của phức chất tanin chè, người ta tập chung sự nghiên cứu
vào vấn ñề chuyển hoá của các catesin trong quá trình lên men lá chè và
sự hình thành của chúng trong cây chè.
Bảng 1.3: Thành phần tổ hợp Tanin trong lá chè tươi và chè xanh
Hàm lượng tanin
(% tổng lượng)
%Tổng lượng
Catesin
Tên chất
Bóp 3 lá
(Liên Xô)

của tanin trong chè ñen có sự thay ñổi lớn. Trong thành phần tanin của chè ñen,
là bộ phận tanin có sẵn trong lá chè tươi chưa kịp oxy hoá còn có các sản phẩm
oxy hoá lên men của hợp chất polyphenol – catesin. Các sản phẩm oxyhoá này
gồm hai hoá chất chủ yếu tan và không tan trong nước.
Các sản phẩm oxy hoá của tanin trong chè ñen tan trong nước theo
Robe gồm teaflavin, teaflavin Galat (màu vàng), tearubigin (màu ñỏ) và các
chất bisflavanol không màu.
Các sản phẩm oxy hoá của tanin không tan trong nước thường là các
hợp chất có màu kết hợp với protein nằm trong bã chè.
b. Hàm lượng Tanin trong lá chè
Hàm lượng tanin trong lá chè tươi luôn thay ñổi phụ thuộc vào nhiều
yếu tố như: giống chè, ñiều kiện ñất ñai, ñiều kiện sinh trưởng của cây chè.
Hàm lương tanin hoà tan phụ thuộc vào nhiều vị trí của lá trên búp chè
và hầu như tất cả các giống chè ñều theo quy luật chung lá càng non chứa
tanin càng nhiều và ngược lại ví dụ:
Tôm chứa 20,3% chất khô
Lá thứ nhất 21,2% chất khô
Lá thứ hai 19,3% chất khô
Lá thứ ba 18,6% chất khô
Cẫng 7,8 % chất khô Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
11

Tuy hàm lượng tanin trong nguyên liệu chè tương ñối cao nhưng trong
quá trình chế biến nhất là trong sản xuất chè ñen vì có quá trình lên men nên
tanin bị oxy hoá và chuyển sang hợp chất không tan khá lớn, do ñó trong chè
ñen thành phẩm chỉ giữ lại ñược 1 lượng tanin hoà tan 50- 60% so với nguyên
liệu ban ñầu.

màu nâu, hợp chất này vẫn có thể bị bột kiềm và axit yếu khử trở thành tanin
chè ban ñầu.
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
12

Kết tủa màu ñỏ nâu, thu ñược sau khi ñun nóng tanin chè trong dung
dịch H
2
SO
4
5% tiếp tục ñun nóng trong dung dịch natrihyñroxit 50% ở 180
0
C
trong 30phút, sau ñó dùng ete etyl ñể chiết, cho bay hơi hết dung môi thu
ñược florogluxinol tinh thể (không màu, nóng chảy ở 215
0
C). Từ các tính chất
này sau khi tác dụng với axit H
2
SO
4
các catesin trong thành phần tanin chè ñã
biến thành loại hợp chất là teaflavin.
Tanin chè sau khi chịu tác dụng metyl hoá có thể tạo thành hợp chất có
chứa gốc oxy metyl (_0_CH
3
), hợp chất này sau khi bị oxy hoá bởi KMnO

mới là thành phần chính của tanin chè không những chiếm tỷ lệ hàm lượng
lớn mà còn giữ vai trò hết sức quan trọng trong quá trình biến ñổi hoá sinh, nó
quyết ñịnh ñến tính chất màu sắc, hương vị của nước chè ñen.
Nhìn chung hàm lượng tanin trong chè thành phẩm càng cao thì chất
lượng chè càng tốt, nhưng cần phải chú ý ñến hàm lượng của các hợp chất khác
với tỷ lệ thích ñáng mới có lợi, mới tạo nên chất lượng toàn diện của chè, nói
khác ñi chỉ có hàm lượng cao và các chỉ tiêu hoá học cao chưa ñủ mà còn phải
chú ý ñến các chỉ tiêu chất lượng cảm quan vì chè là sản phẩm thực phẩm.
Theo yêu cầu công nghệ của các loại chè thành phẩm thì nguyên liệu
chè dùng ñể chế biến chè xanh không ñòi hỏi phải có hàm lượng tanin cao
như trong nguyên liệu dùng ñể sản xuất chè ñen vì trong sản xuất chè xanh
hàm lượng tanin giảm ñi không ñáng kể nên trong sản phẩm hầu như giữ lại
ñược 90% tanin, trong khi ñó ñặc ñiểm của các quá tŕnh công nghệ của mình
lượng tanin giảm ñi trong khi sản xuất chè ñen tới 40 – 50% tanin và cao hơn
nữa. (Philip O. Owuor and Stuart G. Reeves,1986).
Tác dụng của tanin chè như ñã biết nó ảnh hưởng tốt ñến cơ thể con
người. Trong lịch sử, trước hết chè ñược sử dụng làm thuốc và ñã trở thành
ñồ uống phổ biến trong nhân dân các nước, trong ñó tanin chè là hợp chất chủ
yếu có tác dụng sinh học rất quan trọng nó có tác dụng giải khát và chữa một
số bệnh về ñường ruột và có tác dụng cầm máu. Nhóm chất catesin trong
thành phần tanin chè có khả năng làm tăng tính co dãn, nâng cao năng lực ñề
kháng của thanh vị huyết quản của cơ thể ñộng vật (Alastair Robertson and
Derek S. Bendall, 1983). Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
14

1.3.4. Cafein (hay hợp chất Ankaloit)
Cafein là hợp chất ankaloit chủ yếu và quan trọng nhất trong lá chè,