Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iii
MỤC LỤC
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục bảng vi
Danh mục Hình, Hình và hình vii
Danh mục viết tắt viii
MỞ ĐẦU 0
1. Tính cấp thiết của đề tài. 1
2. Mục đích, yêu cầu 1
2.1. Mục đích: 1
2.2. Yêu cầu: 2
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Thực trạng tàn dư thực vật trên thế giới và Việt Nam. 3
1.1.1. Khái niệm, nguồn gốc, thành phần và phân loại tàn dư thực vật 3
1.1.2. Thực trạng tàn dư thực vật trên thế giới 5
1.1.3. Thực trạng tàn dư thực vật ở Việt Nam 5
1.2. Tác động của tàn dư thực vật đến môi trường và sức khỏe con người 6
1.3. Lợi ích kinh tế trong quản lý và xử lý tàn dư thực vật 7
1.3.1. Lợi ích kinh tế của tàn dư thực vật 7
1.3.2. Lợi ích kinh tế trong quản lý tàn dư thực vật 8
1.3.3. Lợi ích kinh tế trong xử lý tàn dư thực vật 8
1.4. Các biện pháp xử lý tàn dư thực vật hiện nay 9
1.4.1. Phương pháp đốt 9
1.4.2. Phương pháp đổ trực tiếp ra sông ngòi 10
1.4.3. Biện pháp vùi trực tiếp vào đất, trên đồng ruộng 11
1.4.4. Phương pháp dùng làm thức ăn gia súc 11
1.4.5. Phương pháp ủ làm phân 11
2.2.5. Đánh giá hiệu quả kinh tế xã hội và môi trường của đề tài nghiên cứu 34
2.2.6. Đề xuất một số giải pháp quản lý và xử lý tàn dư thực vật 34
2.3. Phương pháp nghiên cứu 34
2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu 34
2.3.2. Phương pháp xử lý phế thải nông nghiệp bằng chế phẩm vi sinh vật 34
2.3.3. Phương pháp theo dõi và phân tích các chỉ tiêu 36
2.3.4. Phương pháp xử lý, phân tích số liệu 36
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page v
Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37
3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của xã Nam Lợi, Nam Trực, Nam
Định liên quan đến tàn dư thực vật đồng ruộng 37
3.1.1. Điều kiện tự nhiên 37
3.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội. 41
3.2. Hiện trạng tàn dư thực vật đồng ruộng của xã Nam Lợi, Huyện Nam
Trực, Tỉnh Nam Định 46
3.2.1 Hiện trạng sử dụng đất xã Nam Lợi năm 2013 46
3.2.2 Hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp xã Nam Lợi năm 2013 47
3.2.3 Diện tích, năng suất, sản lượng một số cây trồng chính của xã Nam Lợi 47
3.2.4. Thành phần, khối lượng tàn dư thực vật đồng ruộng 49
3.2.5 Kết quả điều tra các biện pháp xử lý tàn dư thực vật đồng ruộng 51
3.3. Đánh giá chung về công tác quản lý và xử lý tàn dư thực vật trên đồng
ruộng bảo vệ môi trường tại xã Nam Lợi, Huyện Nam Trực, Tỉnh Nam
Định. 52
3.4. Xây dựng mô hình xử lý theo quy trình B2004 – 32 – 66 trên tàn dư
thực vật và tái chế thành phân hữu cơ 53
3.4.1. Đánh giá chất lượng của chế phẩm vi sinh vật 53
3.4.2. Xây dựng mô hình xử lý tàn dư thực vật theo đề tài B2004-32-66. 55
3.4.3. Kết quả phân tích các chỉ tiêu đống ủ. 56
3.4.4. Quy trình tái chế đống ủ sau xử lý thành phân hữu cơ. 59
Bảng 3.2: Nhóm đất chính tại xã Nam Lợi 40
Bảng 3.3: Một số loại hình sử dụng đất sản xuất nông nghiệp chính tại xã Nam Lợi 41
Bảng 3.4: Hiện trạng sử dụng đất nông nghiệp xã Nam Lợi 47
Bảng 3.5: Diện tích, năng suất, sản lượng một số cây trồng chính năm 2013 và
vụ xuân năm 2014 trên địa bàn xã Nam lợi 48
Bảng 3.6 : Thành phần, khối lượng tàn dư thực vật của 200 hộ 49
Bảng 3.7: Thành phần, khối lượng tàn dư thực vật của xã Nam Lợi 50
Bảng 3.8: Biện pháp xử lý tàn dư thực vật của 200 hộ xã Nam Lợi 51
Bảng 3.9: Chất lượng chế phẩm vi sinh vật sau 1 tuần sản xuất 54
Bảng 3.10: Diễn biến nhiệt độ đống ủ 57
Bảng 3.11 : Kết quả phân tích các chỉ tiêu đống ủ sau xử lý 58
Bảng 3.12: So sánh chất lượng phân hữu cơ tái chế từ tàn dư thực vật với một
số loại phân hữu cơ khác. 60
Bảng 3.13: Hiệu quả kinh tế khi xử lý tàn dư thực vật đồng ruộng 61
Bảng 3.14: Hiệu quả kinh tế khi xử lý các loại tàn dư thực vật đồng ruộng 62
Bảng 3.15: Hiệu quả xã hội của đề tài 63
Bảng 3.16: Khả năng ứng dụng quy trình của 200 hộ 64
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vii
DANH MỤC HÌNH
STT TÊN BIỂU HÌNH TRANG
Hình 1.1: Các nguồn phát sinh chất thải rắn nông nghiệp 3
Hình 1.2 : Mô hình phân hủy xeluloza của Reese 15
Hình 1.3 : Mô hình phân hủy xeluloza của Lutzen 16
Hình 1.4 : Quy trình xử lý tàn dư thực vật trên đồng ruộng 28
Hình 3.1. Hình vị trí xã Nam Lợi 37
Hình 3.2: Tỷ trọng các ngành kinh tế xã Nam Lợi năm 2013 42
Hình 3.3: Hiện trạng sử dụng đất xã Nam Lợi năm 2013 46
Hình 3.4: Hiện trạng đốt rơm rạ trên địa bàn xã Nam Lợi năm 2013 52
đây, phần lớn phế thải nông nghiệp sau thu hoạch dùng để đun nấu, làm thức ăn cho
gia súc nhưng mấy năm trở lại đây đời sống người dân được cải thiện, họ không cần
đến rơm rạ để đun nấu, mặc dù vậy họ vẫn cần giải phóng ruộng để chuẩn bị cho vụ
sau và giải pháp đốt tàn dư sau thu hoạch trên đồng ruộng là lựa chọn phổ biến nhất
của bà con nông dân. Việc đốt rơm rạ gây ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng đến sức
khỏe và làm mất an toàn giao thông trên nhiều tuyến đường. Vì vậy cần có biện pháp
thích hợp nhất để giải quyết vấn đề phế thải nông nghiệp, kinh tế và môi trường.
Trong những năm qua việc ứng dụng quy trình của đề tài cấp Bộ B2004-32-
66 đã đem lại nhiều hiệu quả thiết thực trong việc xử lý tàn dư thực vật và được
đánh giá cao tại một số tỉnh Bắc Bộ như: Bắc Giang, Hải Dương, Hưng Yên
Xuất phát từ các yêu cầu thực tế, tôi xin tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Ứng dụng quy trình B2004-32-66 xử lý tàn dư thực vật trên đồng ruộng
tại Xã Nam Lợi- Huyện Nam Trực- Tỉnh Nam Định”
2. Mục đích, yêu cầu
2.1. Mục đích:
Điều tra thực trạng và các biện pháp xử lý tàn dư thực vật tại xã Nam Lợi,
huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định;
Đánh giá hiệu quả của quy trình xử lý và tái chế tàn dư thực vật B2004-32-66
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 2
thành phân bón hữu cơ nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại xã Nam Lợi, huyện
Nam Trực, tỉnh Nam Định.
Đề xuất một số giải pháp xử lý tàn dư thực vật trên đồng ruộng tại xã Nam
Lợi, huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định
2.2. Yêu cầu:
Chỉ ra được thành phần, khối lượng tàn dư thực vật và các biện pháp xử lý tại
xã Nam Lợi, huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định;
Thử nghiệm quy trình xử lý và tái chế tàn dư thực vật B2004-32-66 tại nông
hộ thành phân bón hữu cơ ở xã Nam Lợi, huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định.
BVTV, các loại phân bón hóa học để bón cho cây trồng nhưng chai lọ và bao bì
Trồng trọt
(thực vật chết,
tỉa cành, làm
cỏ…)
Thu hoạch nông
sản
( rơm rạ, trấu,
cám, thân lõi
ngô…)
Bảo vệ thực vật
( chai lọ đựng
hóa chất BVTV)
Quá trình bón
phân, kích thích
sinh trưởng
( bao bì chứa
đựng…)
PHẾ
THẢI
ĐỒNG
RUỘNG
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 4
đựng các hóa chất đó lại bị vứt bừa bãi trên đồng ruộng trở thành tàn dư thực vật.
Ngoài ra, tàn dư thực vật còn phát sinh trong quá trình thu hoạch nông sản như: rơm
rạ, thân lõi ngô, trấu, cám…Đây là nguồn phế thải chính trong tàn dư thực vật và
thuốc diệt côn trùng, thuốc chữa bệnh cho động vật sau khi đã qua sử dụng được
thải bỏ, các túi nilon, túi giấy dùng đựng phân bón vi sinh, phân đạm, phân lân
và kể cả các hóa chất BVTV đã quá hạn sử dụng… Đây là các vật phẩm có tính
nguy hại cao, cần phải có biện pháp thu gom và xử lý thích hợp.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 5
1.1.2. Thực trạng tàn dư thực vật trên thế giới
Theo ước tính của tổ chức Nông lương thế giới (FAO), mỗi năm có khoảng 3
tỷ tấn phế thải nông nghiệp phát sinh trên phạm vi toàn thế giới, trong đó các phế
thải từ cây lúa chiếm số lượng lớn nhất tới 663 triệu tấn, phế thải từ cây mía và ngô
tương ứng là 454 và 391 triệu tấn.
Theo số liệu năm 2001 thì lượng chất thải hữu cơ trên thế giới có số lượng
như sau:
Bảng 1.1: Lượng chất thải hữu cơ trên thế giới năm 2001
Loại chất thải Số lượng ( triệu tấn/ năm)
Tàn dư thực vật trên đồng ruộng 1200
Bùn thải 650
Rác sinh hoạt 400
Rác vườn 690
Chất thải công nghiệp thực phẩm 420
Nguồn:Dẫn theo Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2010
Từ bảng trên ta thấy, khối lượng phế thải hàng năm của ngành nông nghiệp
thải ra ngoài môi trường là rất lớn, với khối lượng 1200 triệu tấn/ năm. Trong khi
đó, các loại chất thải khác như bùn thải là 650 triệu tấn/ năm, rác sinh hoạt là 400
triệu tấn/ năm, rác vườn là 690 triệu tấn/ năm và chất thải công nghiệp thực phẩm là
420 triệu tấn/ năm. Như vậy, phế thải nông nghiệp có khối lượng lớn nhất trong các
loại chất thải và chiếm khoảng 35,7% tổng khối lượng.
1.1.3. Thực trạng tàn dư thực vật ở Việt Nam
Việt Nam là một nước nông nghiệp, gạo là mặt hàng xuất khẩu thế mạnh. Với
tổng diện tích gieo trồng hàng năm đến 7,6 triệu ha, năng suất đạt 4-4,5 tấn/ha, tổng sản
ra mương máng, sau một thời gian chúng bị phân hủy gây nhiễm bẩn nguồn nước
mặt và làm ảnh hưởng tới cảnh quan môi trường xung quanh.
Không những thế, việc thải bỏ bừa bãi các loại chất thải vô cơ, đặc biệt là
chất thải có tính nguy hại sẽ góp phần làm thoái hóa đất, giảm độ tơi xốp và màu
mỡ của đất.
Quá trình lưu giữ và tận dụng lại chưa hợp lý tàn dư thực vật cũng dẫn tới
những ảnh hưởng xấu tới môi trường không khí. Khí hậu nhiệt đới nóng ẩm mưa
nhiều ở nước ta là điều kiện thuận lợi cho các thành phần hữu cơ phân hủy, thúc đẩy
quá trình lên men, thối rữa và tạo mùi khó chịu cho con người. Các chất khí: H
2
S,
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 7
NH
4
, SO
2
… phát sinh trong quá trình phân hủy chất thải hữu cơ nông nghiệp ngay
trên đồng ruộng, hoặc tại những đống ủ phân xanh là các tác nhân chủ yếu tác động
tới môi trường không khí.
Nếu không xử lý tàn dư thực vật đúng cách thì nó còn ảnh hưởng tới sức
khỏe của con người. Quá trình phân hủy tàn dư thực vật ngoài môi trường sinh ra
các chất khí và kèm theo đó là các vi sinh vật gây bệnh đi theo các nguồn nước mặt
làm ảnh hưởng tới đời sống hàng ngày và sức khỏe của người dân. Ngoài ra, trong
quá trình thu hoạch lúa, rơm rạ được người dân đốt ngay trên đường đã làm ảnh
hưởng đến giao thông và gây tai nạn cho những người tham gia giao thông.
Thông qua những tác động trực tiếp đến môi trường, gây ảnh hưởng xấu
đến môi trường và gây ảnh hưởng gián tiếp đến sức khỏe của người dân như gây
ra các bệnh về hô hấp, tiêu hóa…Vì vậy, cũng cần có các biện pháp xử lý, quản
lý thích hợp vừa mang lại hiệu quả kinh tế, vừa giảm thiểu được các tác động
không chỉ mang lại ý nghĩa to lớn về môi trường mà còn tận dụng được giá trị vật
chất và năng lượng một cách hiệu quả. Các hình thức quản lý chất thải rắn nông
nghiệp có ý nghĩa lớn về môi trường, xã hội và kinh tế thông qua hình thức thu
gom, phân loại và vận chuyển; ngăn ngừa; tái sử dụng; tái chế chất thải.
Nếu như công tác thu gom, phân loại được thực hiện tốt thì tàn dư thực vật có
thể được tái chế, tái sử dụng làm nguyên liệu và sản xuất năng lượng: dùng rơm rạ để
làm giá thể nuôi nấm rơm; làm vật liệu độn chuồng; xử lý rồi dùng làm phân bón, làm
thức ăn chăn nuôi; để sản xuất giấy và gỗ ván ép; để sản xuất điện hoặc sản xuất khí
đốt phục vụ cho sinh hoạt và cho sản xuất.
1.3.3. Lợi ích kinh tế trong xử lý tàn dư thực vật
Việc quản lý tàn dư thực vật phù hợp mang lại lợi ích về xã hội, môi trường và
kinh tế thì việc xử lý một lượng lớn tàn dư thực vật qua chế tạo phân compost và thu
hồi khí cũng mang lại lợi ích kinh tế vô cùng to lớn.
Việc xử lý tàn dư thực vật bằng phương pháp ủ phân compost cung cấp
lượng phân bón rất lớn cho trồng trọt, còn nếu được xử lý bằng phương pháp
Biogas thì có thể cung cấp một lượng khí đốt rất lớn phục vụ cho sinh hoạt và các
mục đích khác.
Tàn dư thực vật là các chất rắn dễ cháy và có khả năng cung cấp một lượng
nhiệt rất lớn. Vì vậy, từ xa xưa người nông dân đã biết sử dụng phế thải nông nghiệp để
đun nấu, sưởi ấm. Hiện nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kĩ thuật, người ta
đã nghiên cứu và ứng dụng một số công nghệ đốt sử dụng phế thải nông nghiệp để thu
hồi nhiệt lượng phục vụ cho việc phơi sấy nông sản, để phát điện…
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 9
Từ những lợi ích nêu trên đã cho thấy, tàn dư thực vật có thể mang lại những
lợi ích thiết thực về kinh tế - xã hội, về môi trường và sức khỏe con người. Đồng
thời, cũng có thế gây ra những ảnh hưởng không nhỏ nếu như nó không được xử lý
và quản lý chặt chẽ. Vì vậy, quản lý và xử lý phế thải đồng ruộng là một vấn đề cần
được quan tâm đúng mức.
1.4. Các biện pháp xử lý tàn dư thực vật hiện nay
(CO
2
), sản phẩm chủ yếu của quá trình đốt được giải phóng vào khí quyển cùng với
cacbon monoxide (CO), khí methane (CH
4
), các oxit Nito (NO
x
) và một lượng
tương đối nhỏ dioxit sulphur (SO
2
). Tại Châu Á dựa trên các công trình nghiên cứu
cho thấy: hàng năm, nguồn phát xạ do đốt sinh khối ngoài trời ước tính đạt 0,37 Tg
SO
2
(1Tg=10
12
gram), 2,8 Tg NO
x,
1100Tg CO
2
, 67Tg CO và 3,1Tg CH
4
. Riêng
lượng phát xạ từ việc đốt phế thải cây trồng theo ước tính đạt: 0,1 Tg SO
2
, 0,96 Tg
NO
x,
379Tg CO
2
Ưu điểm của phương pháp này là trả lại cho đất hầu hết các nguyên tố dinh
dưỡng mà cây trồng đã lấy đi từ đất, kiểm soát được sâu bệnh còn sót trên những
phế thải.
Bên cạnh những lợi ích thì việc vùi rơm rạ vào đất có một số nhược điểm
như: tốn chi phí, có thế gây ra một số bệnh cho lúa, có thể làm chậm sự sinh trưởng
và làm giảm năng suất lúa.
1.4.4. Phương pháp dùng làm thức ăn gia súc
Đây là biện pháp thay thế bền vững hơn so với phương pháp đốt và vùi rơm rạ
vào đất. Các phế phụ phẩm này được giữ lại làm thức ăn cho trâu, bò, dê,…
Phương pháp này có ưu điểm là: Đem lại hiệu quả kinh tế, tiết kiệm được
tiền cho việc mua thức ăn gia súc. Hạn chế ô nhiễm môi trường.
Bên cạnh đó phương pháp này cũng có một số điểm hạn chế sau: Làm hở
vòng quay vật chất, chất dinh dưỡng bị mang đi mà chưa được bù lại cho đất. Tốn
lao động cho việc thu gom.
1.4.5. Phương pháp ủ làm phân
Phương pháp ủ đã có từ rất lâu đời và diễn ra ở nhiều nơi trên thế giới. Từ rất
xa xưa, con người đã biết ủ lá cây, phân gia súc để bón cho cây trồng. phương pháp
này có ưu điểm là: Hạn chế được ô nhiễm môi trường, trả lại hàm lượng chất hữu cơ
cho đất, đem lại hiệu quả kinh tế do tiết kiệm được tiền mua phân bón hóa học, tiêu
diệt mầm bệnh và làm sạch đồng ruộng.
Bên cạnh những ưu điểm trên thì phương pháp này còn có một số nhược
điểm sau như là: Mất thời gian ủ và tốn công lao động.
Hiện nay, có hai phương pháp ủ chủ yếu cho tàn dư thực vật như sau:
Phương pháp 1: Phương pháp ủ hiếu khí
Đống ủ được cung cấp vi sinh vật dưới dạng chế phẩm. Trong thời gian ủ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 12
đảm bảo oxy cho đống ủ bằng cách đảo trộn hàng tuần hoặc bằng phương pháp thổi
khí. Đảm bảo độ ẩm thích hợp.
Ưu điểm: Hoạt động của vi sinh vật diễn ra nhanh, chất mùn tổng hợp nhiều,
1.5.1. Thành phần các chất hữu cơ chủ yếu có trong tàn dư thực vật.
Phế thải hữu cơ nói chung, rơm rạ nói riêng có thành phần rất phong phú và
đa dạng. Tuy nhiên chúng đều thuộc 2 nhóm hợp chất chính là:
Bảng 1.2: Thành phần của của phế thải hữu cơ
Nhóm hợp chất hữu cơ chứa
cacbon
Nhóm hợp chất hữu cơ chứa nitơ
- Xenluloza
- Hemixenluloza
- Pectin
- Lignin
- Tinh bột
- Protein
- Lipid
- Kitin
Nguồn: Dẫn theo Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2010
Các hợp chất hữu cơ trên không bất biến mà luôn luôn chuyển hoá từ dạng
này sang dạng khác dưới tác dụng của nhiều yếu tố khác nhau (vật lý, hoá học và
sinh học) tạo thành một vòng tuần hoàn khép kín trong tự nhiên.
Trong các loại hợp chất trên xenluloza là thành phần chủ yếu trong tế bào
thực vật, chiếm tới 50% tổng số hydrat cacbon trên trái đất
Bảng 1.3: Hàm lượng xenluloza trong một số tàn dư thực vật trên đồng ruộng
Loại tàn dư thực vật Xenluloza (%)
Bông
Vỏ hạt 60
Sợi 91
Rơm
Lúa mì
30,5
Lúa mạch 4834
liên kết β-1,4 glucozit. Mức độ trùng hợp của xenluloza tự nhiên có thể đạt 10.000-
14.000 đơn vị glucoza trên phân tử, trọng lượng tương ứng là 1,5 triệu Dalton với
chiều dài phân tử có thể lớn hơn hoặc bằng 5µm. Các chuỗi xeluloza gần nhau
thường kết hợp với nhau tạo thành các sợi có đường kính khoảng 10-40nm, những
sợi hợp lại với nhau thành bó sợi to và được bao học hởi lignin và hemi-xeluloza. .
(Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2010)
Trong tự nhiên, xeluloza là một trong những hợp chất khá vững vàng, chúng
không tan trong nước mà chỉ bị trương lên do hấp thụ nước. Xenluloza bị thủy phân
khi đun nóng với axit hoặc kiềm ở nồng độ khá cao, bị phân hủy ở nhiệt độ 40 -
50
o
C bởi enzym xenlulaza
.
*Cơ chế phân giải xeluloza
Quá trình phân giải xeluloza của vi sinh vật được thực hiện bởi phức hệ
enzim xenlulaza. Phức hệ này gồm 3 enzim chủ yếu:
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 15
Endogluconaza ( 1,4 - β - D – glucanohydrolaza, C
X
, EC 3.2.1.4). Thủy phân
liên kết 1,4 glucozit bên trong phân tử xeluloza một cách tùy tiện, nó không tấn
công xelobioza nhưng thủy phân xenlodextrin. Enzim này phân giải mạnh xeluloza
hòa tan nhất là dạng xeluloza vô định hình nhưng hoạt động yếu ở vùng kết tinh.
Exoglucanaza ( 1,4 - β - D – glucanxenlobiohydrolaza, C
1
, EC 3.2.1.91). Tác
dụng lên xelulo, cắt các đơn vị xenlobioza khỏi các đầu của chuỗi xelulo, không tấn
công các xelulo thay thế, có thể thủy phân xelodextrin nhưng không thủy phân
Theo Reese, C
1
là "tiền nhân tố thuỷ phân" hay là enzim không đặc hiệu, nó
làm trương xenluloza tự nhiên biến thành các chuỗi xenluloza hoạt động có mạch
ngắn hơn và bị enzim C
x
tiếp tục phân cắt tạo thành các đường tan và cuối cùng
thành gluco dưới tác dụng của xelobioza ( Đào Thị Lương, 2006)
Còn tác giả Lutzen thì cho rằng sự thủy phân xenluloza tự nhiên phải có sự
hiệp đồng của 3 loại enzim trên. Chúng tạo thành phức hệ enzim nhiều thành phần
trên bề mặt của các phân tử xenluloza. Nhờ đó, Lutzen đưa ra mô hình phân giải
xenluloza như Hình sau: Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 16
(3) Exogucanaza
Xenluloza
G
n G
1
Xenlobiazo G
(2)
Endoglucanaza + Xenlobiohydrolaza
x
thì sự thủy phân không xảy ra hoặc xảy ra chậm chạp do không tạo ra đầu tự
do (Dẫn theo Nguyễn Xuân Thành và cộng sự, 2010).
*Vi sinh vật phân giải xenluloza
Trong tự nhiên khu hệ vi sinh vật phân giải xenluloza rất phong phú và đa
dạng bao gồm cả vi khuẩn, xạ khuẩn và các loài nấm.
Xeluloza là một phức hệ enzim rất phức tạp, các vi sinh vật thường không có
khả năng tạo được tỷ lệ giữa các hợp phần một cách tương đối. Có loài tạo được
nhiều enzim này, có loài tạo được nhiều enzim khác, ví dụ vi khuẩn thường không
có khả năng tổng hợp Exo – glucanaza, trong khi đó đa số các loài nấm lại có khả
năng này. Giống nấm Tricoderma có khả năng tổng hợp mạnh các enzim Endo –
glucanaza và Exo – glucanaza, giống Aspergillus niger lại sinh tổng hợp mạnh
xenlobioza, chúng thường kết hợp với nhau trong mối quan hệ sinh hỗ.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 17
+ Vi khuẩn
Từ thế kỷ 19 các nhà khoa học đã nghiên cứu và nhận thấy một số vi sinh vật
kỵ khí có khả năng phân giải xenluloza. Những năm đầu thế kỷ 20 người ta phân
lập được các vi khuẩn hiếu khí cũng có khả năng này. Trong các vi khuẩn phân giải
xenluloza, niêm vi khuẩn là quan trọng nhất, chúng thường có hình que nhỏ bé, hơi
cong, có thành tế bào mỏng, bắt màu thuốc nhuộm kém, chủ yếu là các giống
Cytophaga, Sporocytophara và Sorangium. Niêm vi khuẩn nhận được năng lượng
khi oxy hoá các sản phẩm của sự phân giải xenluloza thành CO
2
và H
2
O. Ngoài ra
còn thấy các loài thuộc giống Cellvibrio cũng có khả năng phân huỷ xenluloza.
Trong điều kiện kỵ khí, các loài vi khuẩn ưa ẩm hoặc ưa nhiệt thuộc giống
nhiệt hơn, chúng sinh trưởng và phân giải nhanh xenluloza nhưng hoạt tính
xenlulaza của dịch lọc lại thấp (Đào Thị Lương, 1998). Nấm có khả năng sinh
trưởng và sản xuất xenlulaza cực đại ở phạm vi pH = 3,5 – 6,6.
+ Xạ khuẩn
Xạ khuẩn là một nhóm vi sinh vật có mặt quanh năm ở tất cả các loại đất. Số
lượng xạ khuẩn phụ thuộc vào loại đất và tính chất của đất. Xenlulaza của xạ khuẩn
là enzim ngoại bào. Waksman và cộng sự khi phân lập trong mùn rác thấy xạ
khuẩn có mặt trong tất cả các loại đất ở các mùa trong năm. Hungater (1946) phân
lập được loài Micromonosopra có khả năng thuỷ phân xenluloza. Ballamy (1974)
nuôi cấy Theramoactinomyces trong phân bò để thu được protein bao gồm lizin,
triptophan và các axit amin chứa lưu huỳnh với hàm lượng khá cao. Veigia và ctv
(1983) đã phân lập được 36 chủng xạ khuẩn từ bùn ở vịnh Lacoruva (Tây Ban Nha)
trong đó có 19 chủng có khả năng tổng hợp xenlulaza và sinh trưởng tốt ở môi
trường chứa 3,5% NaCl ( Vũ Thị Thanh Bình,1991) . Theo Nguyễn Xuân Thành và
cộng sự (2003), trong đống ủ phế thải rắn có chứa nhiều loại xạ khuẩn đó là
Actinomyces, Streptomyces, Frankia, Nocardia, Actinopolyspora, Actinosynoema,
Dermatophilus, Pseudonocardia,
b. Hemixenluloza
* Đặc điểm hemixenluloza
Hemixenluloza có bản chất là polysaccarit bao gồm khoảng 150 gốc đường,
liên kết với nhau bằng cầu β-1,4 glucozit, β-1,6 glucozit và thường tạo thành mạch
ngắn có phân nhánh. Do trong thành phần có nhiều loại gốc đường khác nhau nên
tên của chúng được gọi theo tên của một loại đường chủ yếu – hợp phần quan trọng
nhất của hemixenluloza. Các polysaccarit như: galactan, araban, coxylan, là những
hợp chất thường gặp ở thực vật, tham gia cấu tạo nên thành tế bào của các cơ quan
khác nhau như gỗ, rơm, rạ… Trong tự nhiên, coxylan là loại thường gặp nhiều nhất.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 19
Về cấu trúc, so với xenluloza thì hemixenluloza không chặt chẽ bằng.
hemixenluloza dễ bị phân giải bởi dung dịch kiềm hay axit loãng, đôi khi chúng còn
SO
4
, nhưng lại không hòa tan
trong dung dịch hữu cơ thông thường. Đặc biệt, lignin rất bền vững dưới tác dụng
của enzim do đó gây cản trở quá trình phân giải lingo – xenluloza. Có khoảng 15
enzim tham gia vào quá trình phân giải lignin. Ligninaza không thủy phân thành các
Copyright: Tài liệu đại học ©