Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn phân giải cellulose và bước đầu ứng dụng trong xử lý phụ phẩm cây chuối

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của nghiên cứu là phân lập và tuyển chọn được chủng vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose, thành phần chính của chất thải rắn và bước đầu ứng dụng trong xử lý phụ phẩm cây chuối.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn phân giải cellulose và bước đầu ứng dụng trong xử lý phụ phẩm cây chuối

Vietnam J. Agri. Sci. 2025, Vol. 23, No. 2: 246-255 Tạp chí Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 2025, 23(2): 246-255 www.vnua.edu.vn Vũ Quỳnh Hương*, Nguyễn Vĩnh Hoàng, Nguyễn Thị Huyền Khoa Công nghệ thực phẩm, Học viện Nông nghiệp Việt Nam * Tác giả liên hệ: vqhuong@vnua.edu.vn Ngày nhận bài: 26.12.2023 Ngày chấp nhận đăng: 24.02.2025 TÓM TẮT Ở Việt Nam, chuối chiếm 19% tổng diện tích cây ăn quả, cho sản lượng khoảng 1,4 triệu tấn, nhưng chỉ sử dụng được khoảng 12% khối lượng, 88% còn lại là chất thải rắn. Mục đích của nghiên cứu là phân lập và tuyển chọn được chủng vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose, thành phần chính của chất thải rắn và bước đầu ứng dụng trong xử lý phụ phẩm cây chuối. Kết quả phân lập được vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose mạnh là chủng Bacillus megaterium H3 từ 12 mẫu đất và rác thải cây chuối, đồng thời lựa chọn được môi trường và điều kiện nuôi cấy vi khuẩn phù hợp để sinh enzyme cellulase hoạt lực cao. Vi khuẩn Bacillus megaterium H3 sinh enzyme tốt nhất ở trong môi trường có nguồn carbon là CMC, nguồn nitơ là NH4Cl. Điều kiện nuôi cấy thích hợp cho vi khuẩn B. megaterium H3 sinh enzyme cellulase hoạt tính cao ở nhiệt độ 30C, thời gian 16h, tốc độ lắc 200 vòng/phút, pH ban đầu 7,0. Phụ phẩm thân chuối bổ sung vi khuẩn B. megaterium H3 giúp phân giải cellulose tốt hơn 32,28% so với mẫu đối chứng. Kết quả của nghiên cứu sẽ làm tiền đề cho các nghiên cứu sản xuất chế phẩm sinh học xử lý phụ phẩm từ cây chuối. Từ khoá: Cây chuối, cellulose, cellulase, Bacillus megaterium. Isolation and Selection of Cellulose Degrading Bacteria and Prelimimary Application in Banana by-Product Treatment ABSTRACT In Vietnam, bananas occupy 19% of the total fruit cultivation area, yielding around 1.4 million tons but only 12% of the volume are utilized, the remaining 88% constitute organic waste. This research aimed to identify and select bacteria capable of breaking down cellulose to treating banana by-products. The Bacillus megaterium H3 strain from 12 soil and banana waste samples was isolated. Optimal conditions were determined for cultivating this bacterium to produce enzymes efficiently. The high-potency cellulase-producing Bacillus megaterium H3 bacteria was found to thrive in a medium with a CMC carbon source and NH4Cl nitrogen source. The most suitable culture conditions for this bacterium were at a temperature of 30°C, over a period of 16 hours, with a shaking speed of 200rpm, and an initial pH of 7. Additionally, supplementing banana stem waste with B. megaterium H3 facilitated 32.28% more efficient cellulose decomposition compared to the control sample. These findings serve as basis for the development of organic fertilizer. Keywords: Musa sapientum, cellulose, cellulase, Bacillus megaterium. 246
Vũ Quỳnh Hương, Nguyễn Vĩnh Hoàng, Nguyễn Thị Huyền β ° ° 247
Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn phân giải cellulose và bước đầu ứng dụng trong xử lý phụ phẩm cây chuối  ×  °     ° µ – 248
Vũ Quỳnh Hương, Nguyễn Vĩnh Hoàng, Nguyễn Thị Huyền  - - µ ×  – × 249
Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn phân giải cellulose và bước đầu ứng dụng trong xử lý phụ phẩm cây chuối ± Khả năng phân giải Chủng Hình thái khuẩn lạc Đánh giá (A) (mm) C2 Khuẩn lạc tròn, màu vàng nhạt, bề mặt bóng nhầy, đường kính 3mm 19,67 ± 0,88 Khá C3 Khuẩn lạc tròn đều, màu trắng, phẳng, đường kính 4mm 14,67 ± 1,45 Trung bình C4 Khuẩn lạc tròn, màu trắng, nhô cao ở giữa, bề mặt bóng, đường kính 3mm 9,33 ± 0,33 Yếu C5 Khuẩn lạc tròn đều, màu trắng đục, có chấm trắng ở giữa hơi nhô, đường kính 3mm 22,33 ± 0,33 Mạnh C6 Khuẩn lạc viền răng không đều nhau, màu trắng đục, bề mặt hơi nhô và bóng, đường 8,67 ± 0,67 Yếu kính 5mm T1 Khuẩn lạc tròn, màu trắng, bề mặt phẳng, đường kính 3mm 20 ± 1,15 Khá T2 Khuẩn lạc tròn, màu trắng đục, bề mặt gồ ghề, đường kính 8mm 29 ± 0,67 Mạnh T3 Khuẩn lạc tròn, màu nâu nhạt, bề mặt bóng, hơi nhô, đường kính 7mm 26,33 ± 0,67 Mạnh H3 Khuẩn lạc tròn, viền không đều, màu hơi vàng đục, bề mặt bóng, đường kính 7mm 29,67 ± 0,67 Mạnh H4 Khuẩn lạc tròn đều, màu trắng đục, không viền, đường kính 2mm. 20,67 ± 0,67 Mạnh H9 Khuẩn lạc tròn, rìa bông tuyết, màu trắng đục, bề mặt nhăn nheo, đường kính 4mm. 10,33 ± 0,33 Trung bình K1 Khuẩn lạc tròn đều, màu trắng đục, không có viền, bề mặt bóng, đường kính 1mm. 17,67 ± 0,67 Khá K2 Khuẩn lạc tròn đều, màu trắng, không có viền, bề mặt lồi, đường kính 2mm 16,33 ± 0,33 Khá K4 Khuẩn lạc tròn không đều, rìa rang cưa, màu trắng trong, bề mặt nhăn, đường kính 7mm 9,33 ± 0,33 Yếu ≤ ≥ ≥ (A) (B) (C) – Kí hiệu chủng Loài được phát hiện Màu sắc Độ tin cậy H3 Bacillus megaterium Cao 250
Vũ Quỳnh Hương, Nguyễn Vĩnh Hoàng, Nguyễn Thị Huyền ± ± ± (A) (B) 251
Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn phân giải cellulose và bước đầu ứng dụng trong xử lý phụ phẩm cây chuối     252
Vũ Quỳnh Hương, Nguyễn Vĩnh Hoàng, Nguyễn Thị Huyền ± Công Khối lượng nguyên liệu ủ (g) Hàm lượng chất khô (%) thức Trước ủ Sau ủ Giảm so với ĐC (%) Trước ủ Sau ủ Giảm so với ĐC (%) ĐC 4500 3955,33 ± 2,91 - 8,90 ± 0,08 4,85 ± 0,00 - TN 4500 3495,67 ± 2,60 10,21 8,90 ± 0,08 4,01 ± 0,00 9,46 ± Khối lượng cellulose (g) Công thức ủ Trạng thái nguyên liệu sau ủ Trước ủ Sau ủ Giảm so với ĐC (%) ĐC 55,49 ± 1,23 49,69 ± 1,05 - Nâu đen, cứng, chưa hoai TN 55,49 ± 1,23 31,78 ± 0,78 32,28 Đen, hoai mục, mùn (ĐC) (TN) 253
Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn phân giải cellulose và bước đầu ứng dụng trong xử lý phụ phẩm cây chuối Abou-Taleb K.A., Mashhoor W.A., Nasr S.A., Sharaf M.S. & Abdel-Azeem H.H. (2009). Nutritional and environmental factors affecting cellulase production by two strains of cellulolytic Bacilli. Australian Journal of Basic and Applied Sciences. 3(3): 2429-2436. Afzal I., Shah A.A., Makhdum Z., Hameed A. & Hasan F. (2012). Isolation and characterization of cellulase producing Bacillus cereus MRLB1 from soil. Minerva Biotecnologica. 24(3): 101. Bharucha U., Patel K. & Trivedi (2013). Optimization of Indole acetic and production bt Pseudomonas putida UB1 and its effect as plant growth- promoting rhizobacteria on Mustard. Agricultural Research. 2(3): 215-221. Đinh Hồng Duyên, Nguyễn Thế Bình & Vũ Thanh Hải (2017). Tuyển chọn vi khuẩn có khả năng phân hủy phế phụ phẩm sau thu hoạch quả vải. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ. 53(B): 61-70. Đào Thị Thùy Dương, Chu Thị Lưu, Đỗ Thị Thắm, Trần Thị Bích Hường & Vũ Văn Hùng (2022). Ảnh hưởng của khoảng cách trồng đến sinh trưởng phát triển và năng suất Chuối nuôi cấy mô (Musa accuminata L.) tại huyện Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Lâm nghiệp. 3. Đỗ Năng Vịnh, Lê Như Kiểu, Lê Thị Thanh Thuỷ, Hà Thị Thuý, Mai Đức Chung, Nguyễn Văn Toàn, Mai Thị Vân Khánh, Lê Trung Hiếu & Nguyễn Thành Đức (2020). Phân lập, tuyển chọn và định danh vi khuẩn có khả năng phân huỷ cellulose để xử lý bã bùn mía. Tạp chí khoa học công nghệ nông nghiệp Việt Nam. 1(110): 78-84.  FAO (1986). Determination of moisture content. FAO food and nutrition paper. 14(7): 205. Gilbert L. (2019). Packaging made from banana plants an a-peeling alternative. UNSW Sydney. Retrieved from https://www.unsw.edu.au/newsroom/news/ 2019/11/packaging-made-from-banana-plants-an- a-peeling-alternative on Oct 26, 2022. Gomaa E.Z. (2013). Optimization and characterization of alkaline protease and carboxymethyl-cellulase produced by Bacillus pumillus grown on Ficus nitida wastes. Brazilian Journal of Microbiology. 44: 529-537. Gupta P., Samant K. & Sahu A. (2012). Isolation of cellulose-degrading bacteria and determination of their cellulolytic potential. International journal of microbiology. 2012. doi:10.1155/2012/578925. Haug R. (2018). The practical handbook of compost engineering. Routledge. Huang J., Zhang D., Ou Y., Zhang G., Zheng L., Lin L., Ye X., Zhu X. & Pan, Y. (2018). Optimization 254
Vũ Quỳnh Hương, Nguyễn Vĩnh Hoàng, Nguyễn Thị Huyền of cultural conditions for Bacillus megaterium Đại học Huế: Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. cultured in Agaricus bisporus industrial 127(30): 117-127. wastewater. BioMed Research International. 2018. Sadhu S., Saha P., Mayilraj S. & Maiti T. K. (2011). Khan M.N., Luna I.Z., Islam M.M., Sharmeen S., Lactose-enhanced cellulase production by Salem K.S., Rashid T.U., Zaman A., Haque P. & Microbacterium sp. isolated from fecal matter of Rahman M. M. (2016). Cellulase in waste zebra (Equus zebra). Current microbiology. 62: management applications. In Gupta V. G. New and 1050-1055. future developments in microbial biotechnology Shahid Z.H., Irfan M., Nadeem M., Syed Q. & Qazi J.I. and bioengineering: Microbial cellulase system (2016). Production, purification, and properties and applications. Elsevier. 237-256. characterization of carboxymethyl cellulase from Miller G.L. (1959). Use of dinitrosalycylic acid reagent novel strain Bacillus megaterium. Environmental for determination of reducing sugar. Analytical Progress & Sustainable Energy. 35(6): 1741-1749. Chemistry. 31: 538-542. Shakoor S., Aftab S. & Rehman A. (2013). Monsalve J.F., Medina de Perez V.I. & Ruiz Colorado Characterization of cellulose degrading bacterium, A.A. (2006). Ethanol producction of banana shell Bacillus megaterium S3, isolated from indigenous and cassava starch. Dyna. 73(150): 21-27. environment. Pakistan Journal of Zoology. 45(6): Nguyễn Ngọc Ẩn, Nguyễn Lê Hiền Hòa, Trần Nguyễn 1655-1662. Diễm Linh, Bùi Thị Luyến, Nguyễn Thanh Hải, Thanh Tâm (2021). Cây chuối có thể mang về tỷ USD, Nguyễn Thị Diệu Hạnh & Phạm Tấn Việt nếu tận dụng tốt mọi phần. Tạp chí Kinh tế nông (2021). Khảo sát các điều kiện sinh tổng hợp thôn. cellulase từ Bacillus amyloliquefaciens D19. Tạp Trần Thị Hồng Nguyệt & Phan Duệ Thanh (2019). chí Khoa học và Công nghệ - Trường Đại học Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện cấy đến khả Công nghiệp TP.HCM. 49(01). năng sinh cellulase của 2 chủng vi khuẩn phân lập Nguyễn Lân Dũng, Ngô Đình Quyết & Phạm Văn Ty từ đất trồng và bông thải trồng nấm rơm. Tạp chí (2009). Vi sinh vật học. Nhà xuất bản Giáo dục, khoa học tự nhiên. 64(10A): 120-127. Hà Nội. Vary P.S., Biedendieck R., Fuerch T., Meinhardt F., Nguyễn Thùy Dương (2012). Nghiên cứu sự tổng hợp Rohde M., Deckwer W.D. & Jahn D. (2007). cảm ứng cellulase ở một số chủng Bacillus phân Bacillus megaterium from simple soil bacterium to lập từ đất vườn. Luận văn thạc sĩ sinh học. Trường industrial protein production host. Applied Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh. microbiology and biotechnology. 76: 957-967. Nguyễn Việt Hưng (2019). Nghiên cứu tách lignin và Vimal J., Venu A. & Joseph J. (2016). Isolation and xenlulozơ từ rơm rạ bằng phương pháp axit và identification of cellulose degrading bacteria and kiềm dưới sự hỗ trợ của song siêu âm. Luận văn optimization of the cellulase production. thạc sĩ khoa học, Đại học Quốc gia Hà Nội. International Journal of Research in Biosciences. Nguyễn Xuân Thành, Lê Văn Hưng & Phạm Văn Toàn 5(3): 58-67. (2003). Giáo trình công nghệ vi sinh vật trong Vos P., Garrity G., Jones D., Krieg N.R., Ludwig W., nông nghiệp và xử lý ô nhiễm môi trường. Nhà Rainey F.A., Schleifer K.H. & Whitman W.B. xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội. (Eds.) (2011). Bergey's manual of systematic Nguyễn Thị Thu Thủy, Trần Thị Xuân Phương, Cao bacteriology: Volume 3: The Firmicutes. Springer Thị Dung, Lê Thị Hương Xuân & Trương Thị Science & Business Media. Hồng Hải (2017). Phân lập, tuyển chọn một số Vũ Thị Dinh, Phan Thị Thu Nga, Hoàng Trung Doãn & chủng vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose Trần Liên Hà (2018). Phân lập, tuyển chọn chủng và bước đầu ứng dụng trong xử lí phế phụ phẩm vi khuẩn chịu nhiệt độ cao, thích nghi dải pH rộng, nông nghiệp làm phân hữu cơ vi sinh. Tạp chí có hoạt tính cellulose cao và bước đầu ứng dụng Khoa học và Công nghệ Nông nghiệp. 1(1). xử lý nước thải nhà máy giấy. Tạp chí Khoa học và Nguyễn Thị Thu Thủy, Nguyễn Tiến Long & Trần Công nghệ Lâm nghiệp. 1. Thanh Đức (2018). Phân lập, tuyển chọn và định Walke R.H. (1975). The preparation, characterization danh vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose để and agricultural use of bark-sewage compost. sản xuất phân hữu cơ vi sinh. Tạp chí Khoa học University of New Hampshire. 255