Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của dịch phân hủy lông gà dưới tác động của keratinase đến sự sinh trưởng của cây rau cải ngọt (brassica intergrifolia)

1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- ĐỖ THỊ HỒNG LINH NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA DỊCH PHÂN HỦY LÔNG GÀ DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA KERATINASE ĐẾN SỰ SINH TRƢỞNG CỦA CÂY RAU CẢI NGỌT (BRASSICA INTERGRIFOLIA) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành Sƣ phạm Sinh học Phú Thọ, 2017 2 TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- ĐỖ THỊ HỒNG LINH NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA DỊCH PHÂN HỦY LÔNG GÀ DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA KERATINASE ĐẾN SỰ SINH TRƢỞNG CỦA CÂY RAU CẢI NGỌT (BRASSICA INTERGRIFOLIA) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành:Sƣ phạm Sinh học NGƢỜI HƢỚNG DẪN:TS.TRẦN TRUNG KIÊN Phú Thọ, (2017) i LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Trần Trung Kiên – Khoa Khoa học Tự nhiên, Trƣờng Đại học Hùng Vƣơng đã chỉ ra hƣớng nghiên cứu và tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, các Cô Trƣờng Đại học Hùng Vƣơng đã giảng dạy và trang bị cho em các kiến thức chuyên ngành và kĩ năng thực hành sinh học. Nhân dịp này em xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến ban Lãnh đạo Trƣờng Đại học Hùng Vƣơng đã tạo cho em môi trƣờng học tập nghiên cứu khoa học nghiêm túc. Em xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới gia đình, ngƣời thân và các bạn sinh viên K11 ĐHSP Sinh học – Trƣờng Đại học Hùng Vƣơng đã hỗ trợ động viên em trong suốt quá trình học tập nghiên và thực hiện đề tài. Việt Trì, ngày 10 tháng 4 năm 2017 Sinh viên Đỗ Thị Hồng Linh ii MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................... 1 2. Mục tiêu đề tài ............................................................................................. 3 3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ...................................... 3 3.1. Ý nghĩa khoa học ..................................................................................... 3 3.2 Ý nghĩa thực tiễn ...................................................................................... 3 PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................... 4 Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................... 4 1.1. Khái quát chung về tình hình nghiên cứu lĩnh vực thuộc đề tài ................ 4 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ........................................................ 4 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .................................................. 4 1.2. Giới thiệu sơ lƣợc cấu trúc và tính chất của lông gà ................................... 4 1.2.1. Cấu trúc của lông gà ............................................................................. 4 1.2.2. Tính chất của lông gà ............................................................................ 5 1.3. Giới thiệu về keratinase ............................................................................... 5 1.3.1 Tính chất của keratinase ........................................................................ 5 1.3.2 Một số ứng dụng của keratinase ........................................................... 7 1.4. Giới thiệu về chế phẩm sinh học EM .......................................................... 9 1.4.1. Chế phẩm sinh học EM là gì? ............................................................... 9 1.4.2. Nguyên lí cho ra đời chế phẩm EM ...................................................... 9 1.4.3 Cơ chế tác dụng của EM ...................................................................... 10 1.3.4. Vai trò của chế phẩm EM.................................................................... 12 1.4.5. Tác dụng của chế phẩm EM ................................................................ 12 1.5. Giới thiệu sơ lƣợc về cây cải ngọt ........................................................... 13 Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 14 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................ 14 2.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................... 14 2.2. Thời gian, địa điểm .................................................................................... 14 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................... 14 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu lí thuyết ...................................................... 14 iii 2.3.2. Phương pháp thực nghiệm...................................................................... 14 2.3.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm ........................................................... 15 2.4 Tiến hành trồng rau cải ngọt ...................................................................... 16 2.4.1 Chuẩn bị ............................................................................................... 16 2.4.2 Tiến hành .............................................................................................. 16 Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................. 17 3.1. Quy trình ủ phân hữu cơ từ phế phẩm lông gà .......................................... 17 3.1.1. Nghiên cứu, lựa chọn cách ủ ............................................................... 17 3.1.2 Quy trình ủ phân hữu cơ từ phế phẩm lông gà sử dụng enzyme và chế phẩm sinh học................................................................................................ 18 3.2. Một số đánh giá cảm quan ......................................................................... 20 3.2.1. Mùi....................................................................................................... 20 3.2.2.Trạng thái ............................................................................................. 20 3.3. Diễn biến độ pH trong quá trình ủ ............................................................. 21 3.3.1. Diễn biến độ pH với mẫu ủ bằng enzyme keratinase .......................... 21 3.3.2. Diễn biến độ pH với mẫu ủ bằng chế phẩm EM ................................. 23 3.5. Kết quả xác định hàm lƣợng N, P, K trong mẫu phân .............................. 25 3.6. Kết quả khi tƣới phân cho cây cải ngọt từ phế phẩm lông gà đƣợc phân hủy từ enzyme keratinase ................................................................................. 29 3.7. Kết quả khi tƣới phân từ phế phẩm lông gà sản xuất bằng chế phẩm EM ........................................................................................................................... 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................. 38 1. Kết luận ......................................................................................................... 38 2. Kiến nghị....................................................................................................... 38 TÀI LIỆU THAM KHAO .................................................................................... 39 iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ ĐC Đối chứng EM Chế phẩm Emuniv VSV Vi sinh vật v DANH MỤC BẢNG Tên bảng biểu STT 1 Bảng 1.1.Đặc điểm của các loại enzyme đƣợc tạo ra ở các Trang 5 chủng vi sinh vật 2 Bảng 3.1. Thang độ dánh giá cƣờng độ mùi 20 3 Bảng 3.2. Diễn biến độ pH của mẫu phân ủ bằng keratinase ở 21 nhiệt độ 55oC 4 Bảng 3.3. Diễn biến độ pH của mẫu ủ bằng keratinase ở nhiệt 22 độ thƣờng 5 Bảng 3.4. Kết quả xác định pH của quá trình ủ phân bón từ phế 23 phẩm lông gà bằng chế phẩm EM 6 Bảng 3.5. Xác định N, P, K trong mẫu dung dịch ủ với enzyme keratinase 24 7 Bảng 3.6. So sánh một số chỉ tiêu N, P, K, trong các phân bón 25 sinh học 8 Bảng 3.7. Thành phần dinh dƣỡng của một số loại phân hữu cơ 27 9 Bảng 3.8. Kết quả đo cây rau cải ngọt sau 1 tuần tƣới phân hữu 28 cơ đƣợc sản xuất từ phế phẩm lông gà bằng Keratinase lần 1 10 11 Bảng 3.9. Kết quả đo cây cải ngọt sau lần thứ 2 tƣới phân hữu cơ đƣợc sản xuất từ phế phẩm lông gà bằng Keratinase. 29 Bảng 3.10. Kết quả trung bình đo cây cải ngọt sau 3 lần tƣới 30 vi phân sản xuất từ từ phế phẩm lông gà bằng Keratinase 12 Bảng 3.11. Kết quả đo cây rau cải ngọt sau 1 tuần tƣới phân 32 sản xuất từ phế phẩm lông gà bằng chế phẩm EM lần 1 13 Bảng 3.12. Kết quả đo cây cải ngọt sau lần 2 tƣới phân hữu cơ 34 phế phẩm lông gà đƣợc sản xuất từ phế phẩm lông gà bằng chế phẩm EM 14 Bảng 3.13. Kết quả trung bình đo cây cải ngọt sau 3 lần tƣới phân từ phế phẩm lông đƣợc sản xuất bằng chế phẩm EM 5 vii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ Tên hình vẽ STT Trang 1 Hình 1.1. Sơ đồ ứng dụng của keratinase 7 2 Hình 3.1 Quy trình ủ phân hữu cơ từ phế phẩm lông gà bằng 19 enzyme hoặc chế phẩm EM 3 Hình 3.2: Biểu đồ biểu diễn giá trị pH của mẫu phân ủ bằng 22 keratinase ở nhiệt độ 55oC 4 Hình 3.3. Biểu đồ biểu diễn giá trị pH của mẫu phân ủ với 23 enzyme ở nhiệt độ thƣờng 5 Hình 3.4. Biểu đồ biểu diễn giá trị pH của mẫu phân ủ với chế 24 phẩm EM 6 Hình 3.5. So sánh chỉ tiêu N, P, K trong sản phẩm phân bón 26 sinh học Rapid Hydro, phân bón hữu cơ truyền thống, phân tự làm (phân từ phế phẩm lông gà đƣợc ủ với enzyme keratinase) 7 Hình 3.6. So sánh phân từ phế phẩm lông gà với các loại phân 27 chuồng 8 Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn kết quả đo cây cải ngọt tƣới phân từ 29 phế phẩm lông gà phân hủy từ Keratinase lần 1 9 Hình 3.8. Biểu đồ thể hiện kết quả đo cây rau cải ngọt sau lần thứ 2 bón phân sản xuất từ phế phẩm lông gà bằng Keratinase 30 viii 10 Hình 3.9: Biểu đồ thể hiện kết quả trung bình đo cây cải ngọt 31 sau 3 lần tƣới phân sản xuất từ phế phẩm lông gà phân hủy bằng keratinase 11 Hình 3.10. biểu đồ biểu diễn kết quả đo cây cải ngọt đã tƣới 33 phân từ phế phẩm lông gà phân hủy bằng chế phẩm EM lần 1 12 Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn kết quả đo cây cải ngọt sau khi tƣới 34 phân sản xuất từ phế phẩm lông gà phân hủy bằng chế phẩm EM lần 2 13 Hình 3.12. Biểu đồ thể hiện kết quả trung bình đo cây cải ngọt sau 3 lần tƣới phân sản xuất từ phế phẩm lông gà phân hủy bằng EM 37 1 PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, việc thu gom, vận chuyển xử lí chất thải rắn đô thị đang là vấn đề mang tính cấp bách và nan giải đối với nhiều địa phƣơng trong cả nƣớc. Chất thải rắn và vấn đề liên quan hiện không chỉ là điểm nóng trong các cuộc họp, hội thảo của các cấp lãnh đạo mà là vấn đề “cơm bữa” của các tầng lớp xã hội. Cùng với sự gia tăng dân số và phát triển khoa học kĩ thuật, mức sống của ngƣời dân ngày càng đƣợc nâng cao thì khối lƣợng chất thải rắn phát sinh ngày càng nhiều. Lƣợng chất thải rắn không đƣợc sử lý tốt sẽ dẫn tới hàng loạt hậu quả môi trƣờng không thể lƣờng trƣớc đƣợc. Cho đến nay, giải pháp chôn lấp vẫn đang là phƣơng pháp chủ yếu xử lí chất thải rắn. Nhƣng hiện nay các bãi chôn lấp đang bộc lộ nhiều nhƣợc điểm nhƣ: gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng, lãng phí nguồn nguyên liệu có khả năng tái sinh và tái sử dụng. Mặt khác khi bãi chôn lấp đầy thì sẽ phải tìm một địa điểm khác để xây dựng bãi chôn lấp mới trong khi giá đất ngày càng gia tăng và khan hiếm. Nhƣ vậy, trong khi các nguồn gây ô nhiễm từ các bãi rác cũ chƣa giải quyết xong thì lại phát sinh các nguồn ô nhiễm mới. Thị trƣờng tiêu thụ phân bón trong nƣớc có nhiều hứa hẹn, theo Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn nhu cầu sử dụng phân bón cho ngành nông nghiệp tại Việt Nam vào khoảng 5,2 triệu tấn hàng năm. Các loại phân bón đƣợc tiêu thụ trên thị trƣờng Việt Nam hiện nay chủ yếu là phân bón hóa học. Phân bón hóa học đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣng rất có hại cho đất, làm đất thoái hóa bạc màu ảnh hƣởng tới vụ sau này. Do vậy ngƣời ta muốn sử dụng loại phân hữu cơ vi sinh đƣợc sản xuất từ chất thải rắn giá thành rẻ mà có thể giảm thiểu đƣợc lƣợng rác thải gây ô nhiễm môi trƣờng. 2 Chất thải rắn bao gồm: giấy hoa quả bị thối, các phế phẩm của các loại động vật, thủy tinh các loại vỏ đồ nhựa, đồ gỗ cao su ... Trong đó, lông gà hiện này đang gây ô nhiễm môi trƣờng cho các khu vực giết mổ. Lông gà có thành phần keratin rất khó phân hủy và chiếm tỉ lệ khá lớn trong các nguồn rác thải. Nếu không đƣợc xử lý đúng cách, một khối lƣợng lớn lông gà từ các lò giết mổ sẽ trở thành một nguồn ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Đã có nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng để xử lí các lông nhƣ chôn đốt bỏ hoặc làm thức ăn gia súc [1], [3], [5]. Tuy nhiên, phƣơng pháp đốt hoặc chôn gây ô nhiễm môi trƣờng đất nƣớc, không khí. Theo Lin thì keratin không hòa tan trong nƣớc và không phân hủy trong enzyme phân hủy protein phổ thông nhƣ trypsin, pepsin và papain [15]. Nhƣng keratin có thể bị phân hủy mạnh bởi các vi sinh vật (có khả năng sinh keratinase) hoặc sử dụng trực tiếp các enzyme keratinase thƣơng mại. Sản phẩm thu đƣợc là dạng dung dịch hữu cơ, dung dịch này có chứa nhiều các axit amin, chứa lƣợng đạm cao và có thể có các chất kích thích sinh trƣởng do quá trình phân hủy lông gà tạo ra, khi sử dụng dịch phân hủy lông gà này pha loãng tƣới cho cây trồng nó sẽ ảnh hƣởng rất tốt lên sự sinh trƣởng và phát triển của cây trồng [6]. Ở Việt Nam, rau là một loại cây trồng có vai trò quan trọng trong đời sống, kinh tế, xã hội. Đây là một thành phần hầu nhƣ không thể thiếu trong các bữa cơm gia đình Việt Nam. Rau chứa nhiều thành phần dinh dƣỡng, khoáng chất và vitamin; đặc biệt là vitamin C và tiền vitamin A. Năng lƣợng trong rau không cao nhƣng hàm lƣợng vitamin, chất xơ và chất khóang có ý nghĩa rất lớn đối với sức khỏe con ngƣời.Cùng với một số loại rau thông dụng khác, cải ngọt Brassica integrifolia là loại rau dễ trồng, nhanh cho thu hoạch, có thể trồng nhiều vụ trong năm, chi phí đầu tƣ thấp, tiêu thụ khá dễ dàng.Thêm nữa, cải ngọt đƣợc ngƣời tiêu dùng ƣa chuộng nhờ giá trị dinh dƣỡng và giá trị kinh tế cao. 3 Xuất phát các lí do trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng của dịch phân hủy lông gà dưới tác động của keratinase đến sự sinh trưởng của cây rau cải ngọt (Brassica integrifolia)”. 2. - Mục tiêu đề tài Đánh giá khả năng phân hủy lông gà dƣới tác động của enzyme Keratinase. - Đánh giá sự ảnh hƣởng của dịch phân hủy lông gà đối với cây cải ngọt thông qua một số chỉ tiêu sinh trƣởng 3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Kết quả thƣc hiện đề tài là tài liệu tham khảo cho sinh viên và giáo viên ngành sinh học, nông nghiệp về quy trình làm phân bón hữu cơ dạng dung dịch với nguồn nguyên liệu là phế phẩm lông gà. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài đƣa ra quy trình sản xuất phân bón hữu cơ từ phế phẩm lông gà giúp giảm thiểu phần nào tình trạng ô nhiễm tại các khu giết mổ trong các chợ. - Sử dụng nguồn phân hữu cơ đang là một hƣớng đi ƣu tiên cho phát triển nền nông nghiệp bền vững. Do đó, dung dịch hữu cơ tạo ra có thể sử dụng trực tiếp cho canh tác rau an toàn, rau hữu cơ và nhiều loại cây khác. 4 PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Khái quát chung về tình hình nghiên cứu lĩnh vực thuộc đề tài 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc Ở Việt Nam, việc nghiên cứu về ảnh hƣởng dịch phân hủy lông gà dƣới tác dụng của enzyme keratinase thƣơng mại và sử dụng nó nhƣ một dạng dung dịch phân bón vi sinh hoặc chất kích thích sinh trƣởng còn rất ít. Và hầu nhƣ chỉ tập trung sử dụng các chủng vi sinh vật để phân hủy lông gà sau đó sử dụng nó nhƣ một nguồn thức ăn bổ sung cho gia cầm hoặc sử dụng nhƣ một dạng phân bón vi sinh [5][6]. Tạ Ngọc Ly đã nghiên cứu về khả năng kích thích sinh trƣởng của dịch thủy phân lông gà lên quá trình sinh trƣởng của cây đậu xanh qua 6 tuần gieo trồng [5]. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Trên thế giới đã có các công trình nghiên cứu về mối quan hệ giữa các chủng phân hủy keratin [11]. Các nhà khoa học đã tìm thấy chủng vi khuẩn đất rhizobacterial có khả năng phân hủy lông gà và sinh ra chất kích sinh trƣởng thực vật (indole acetic acid (IAA)) [9], [12]. Các nhà khoa học khác đã nghiên cứu và tìm ra chủng keratinolytic trong lông gà làm thúc đẩy tăng trƣởng thực vật [10]. 1.2. Giới thiệu sơ lƣợc cấu trúc và tính chất của lông gà 1.2.1. Cấu trúc của lông gà Trong lông gà chiếm khoảng 91% protein, 8% nƣớc và 1% chất béo trong đó có một đặc điểm cấu trúc của vật liệu cao độ bền cơ học. Các loại protein đƣợc gọi là keratin, một chứa lƣu huỳnh, không màu, protein dạng sợi. Đó là cấu trúc của keratin làm cho lông chắc khỏa và có tính linh hoạt cao. Các keratin có α-helix và beta-pleated chiếm khoảng 20 axit amin, chủ yếu là của cysteine và 5 cấu trúc của nó bao gồm của cacbon trung tâm liên kết với các nhóm chức năng (Amin, -NH2, và axit cacboxylic, -COOH), hydro nguyên tử và nhóm R (lƣu huỳnh), nên lông gà không bị hòa tan trong nƣớc và không bị phân hủy bởi các enzyme thông thƣờng 1.2.2. Tính chất của lông gà Lông gà là một loại protein rất bền. Do có axit amin cystein chứa lƣu huỳnh có khả năng tạo liên kết với nhau bằng các cầu disunfua, tạo ra một dạng xoắn cực kì chặt chẽ, khiến lông gà khá cứng chắc, bền nhiệt và rất khó hoà tan. Lông gà cũng khó bị phân giải bởi các proteaza thông thƣờng nhƣ: trypsin, papain và pepsin. Lông gà không bị hòa tan trong dung dịch muối nhƣng lại bị hoà tan trong các dung dịch có chứa các chất biến tính, chẳng hạn nhƣ urê. Do có chứa hàm lƣợng lƣu huỳnh cao nên khi đốt keratin trong lông gà gây ra mùi khét đặc trƣng. Lông gà có tác dụng nhƣ 1 lớp cách nhiệt, không thấm nƣớc, giúp bảo vệ cơ thể dƣới tác động bất lợi của môi trƣờng. 1.3. Giới thiệu về Keratinase 1.3.1 Tính chất của Keratinase Keratinase là enzyme thuỷ phân protein ngoại bào trong tự nhiên. Keratinase có tên IUB là EC 3.4.99, có trọng lƣợng phân tử từ hàng chục đến vài trăm kDa. Keratinase chủ yếu đƣợc xếp vào nhóm proteaza serin do có đến 97% cấu trúc giống với cấu trúc của proteaza serin và cũng bị ức chế bởi các chất ức chế proteaza serin . Hầu hết các Keratinase đã phát hiện đƣợc cho đến nay là serin proteaza và một vài Metallo proteaza . Theo Brandelli, A. (2008), đặc điểm của Keratinase ở một số chủng vi sinh vật nhƣ sau: Bảng 1.1. Đặc điểm một số loại emzyme tạo ra ở các chủng vi sinh vật Vi sinh vật tạo ra B. licheniformis PWD-1 Nhóm Trọng lƣợng pH tối thích enzyme phân tử ( kDa) Serine 33 7,5 6 B. subtilis KS-1 Serine 25,4 7,5 B. pseudofimus FA 30-10 Serine 27,5 9-10 S. pactum DSM 40530 Serine 30 7-10 S. albidoflavus K1-02 Serine 18 6-9,5 F. pennavorans Serine 130 10 X. mantophilia POA-1 Serine 36 8,0 Serine 30 8,0 Chryseobacterium sp. kr6 Serine 64 7,5 Microbacterium sp. kr10 Serine 42 7,5 Kocuria rosea LPB-3 Serine 240 10 Vibrio sp. kr2 Hầu nhƣ tất cả các keratinase là enzyme cảm ứng và các vật liệu có chứa keratin khác nhau nhƣ lông, tóc và lông cừu có thể đƣợc sử dụng làm chất nền cho keratinase sản xuất [17]. Trong đó, lông là chất nền chủ yếu đƣợc sử dụng. Keratinase ở vi sinh vật chỉ đƣợc tạo thành khi môi trƣờng có mặt keratin. Các keratinase của vi sinh vật có vai trò sinh học rất quan trọng đối với mục tiêu thuỷ phân các liên kết ngang disulfua bền vững của các hợp chất keratin. Nó chủ yếu tấn công vào các liên kết -S-S- của phân tử keratin. Cơ chế phân giải phức tạp của chúng liên quan đến sự hoạt động đồng thời của hệ thống phân giải sunfua và phân giải protein. Keratinase hoạt động ở khoảng nhiệt độ và pH tƣơng đối rộng nhƣng tốt hơn điều kiện môi truờng hơi kiềm và là loại enzyme ƣa nhiệt. Keratinase là enzyme ngoại bào do nấm, xạ khuẩn và vi khuẩn sản sinh. Các enzyme này có nhiều đặc trƣng với chất nền vì có thể phân giải nhiều protein sợi nhƣ: fibrin, elastin, collagen và protein không có xơ nhƣ casein, albumin huyết thanh bò gelatin 7 1.3.2. Một số ứng dụng của keratinase Hiện nay, keratinase của vi sinh vật đƣợc quan tâm nhiều trong việc phân giải lông gia cầm làm thức ăn chăn nuôi và phân bón. Bên cạnh đó, chúng cũng đƣợc biết đến với ứng dụng làm sạch lông cừu, làm sạch lụa, trong ngành công nghiệp da, cạo lông tóc, các sản phẩm chăm sóc cá nhân. Hơn nữa, ứng dụng tiềm năng của chúng trong lĩnh vực phân giải prion sẽ rất có ý nghĩa. Thức ăn thuỷ phân Sản xuất thuốc Chất tẩy rửa Phân bón KERATINASE Sản xuất khí Công nghiệp da Công nghiệp dệt sinh học may Thuỷ phân prion Hình 1.1. Sơ đồ ứng dụng của Keratinase * Ứng dụng làm thức ăn bổ sung trong chăn nuôi Gần đây hơn, sản phẩm keratinase đƣợc thử nghiệm nhƣ là một enzyme cho ăn trực tiếp trong thức ăn của gà. Khi gà thiếu nhiều protein trong khẩu phần (80% nhu cầu) thì keratinase trong khẩu phần có thể cải thiện sinh trƣởng của gà. Trong 3 tuần đầu tiên, tỷ lệ biến đổi thức ăn là 2,03 đối với khẩu phần đƣợc bổ sung keratinase. Tỉ lệ biến đổi thức ăn đối với khẩu phần đối chứng đủ protein là 1,83. Nhiều thí nghiệm đang đƣợc nghiên cứu để thiết lập giá trị dinh dƣỡng của keratinase [18]. 8 * Ứng dụng trong điều trị bệnh bò điên Keratinase phân huỷ lông và PrPSC có cấu trúc tƣơng tự nhau, cả hai đều có cấu trúc protein B và có sức đề kháng với hầu hết proteaza. Một thí nghiệm gần đây đã đƣợc tiến hành ở ID-Lelystad, Hà Lan. Tế bào não BSE đƣợc xử lý và chẩn đoán bằng phƣơng pháp chuẩn, ngoại trừ là các mô đồng nhất đƣợc nấu trƣớc và đƣợc tiêu hoá bởi PWD-1 Keratinase. Rất thú vị, PrPSC đƣợc coi là hoàn toàn tự phân huỷ hay tự thuỷ phân bởi enzyme. Khám phá đầu tiên này cho thấy có thể phát triển một quá trình enzyme, sử dụng Keratinase từ chủng Bacillus subtilis PWD-1, để khử các dụng cụ y tế truyền nhiễm và các sản phẩm gia súc. * Ứng dụng trong công nghệ thuộc da Sử dụng chế phẩm enzyme là ví dụ điển hình của xu hƣớng công nghệ mới trên ngƣỡng cửa thế kỷ 21, đó là sự kết hợp giữa các ngành hóa học và sinh học, mà kết quả là những sản phẩm đƣợc ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Sử dụng chế phẩm enzyme thay thế hóa chất là hƣớng nghiên cứu quan trọng cho nhiều công đoạn thuộc da. * Ứng dụng trong công nghiệp dệt Keratinase đƣợc sử dụng để làm sạch tơ tằm, tẩy tơ nhân tạo (các sợi nhân tạo đƣợc tạo ra bằng các dung dịch casein, gelatin) để sợi đƣợc bóng, dễ nhuộm. Keratinase có tác dụng thủy phân lớp protein serin đã làm dính bết các sợi tơ tự nhiên, làm bông và tách rời các loại tơ tằm, do đó làm giảm lƣợng hoá chất để tẩy trắng. * Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất các chất tẩy rửa Chất tẩy rửa đầu tiên có chứa enzyme vi khuẩn đƣợc sản xuất vào năm 1956 với tên BIO-40 đƣợc thu nhận từ Bacillus subtilis. Đến năm 1963, Novo Industry A/S đã giới thiệu alcalase dƣới tên thƣơng mại là BIOTEX đƣợc chiết xuất từ Bacillus licheniformis. Và đến gần đây, tất cả các proteaza bổ sung vào chất tẩy dùng trên thị trƣờng đều là proteaza serine đƣợc sản xuất từ các chủng Bacillus, 9 và chủ yếu là từ Bacillus subtilis . Trên thế giới, mỗi năm ngƣời ta đã sử dụng 89% enzyme này cho ngành công nghiệp tẩy rửa. Trong đó hai công ty lớn là Novo Nordisk và Genencor Internatinal mỗi năm đã cung cấp cho toàn cầu hơn 95% lƣợng enzyme proteaza . 1.4. Giới thiệu về chế phẩm sinh học EM 1.4.1. Chế phẩm sinh học EM là gì? Chế phẩm sinh học Emuniv (viết tắt là EM) là chế phẩm sinh học tập hợp hơn 80 chủng vi sinh vật khác nhau. Chế phẩm này đƣợc Giáo sƣ Tiến sĩ Teruo Higo – trƣờng Đại học Tổng hợp Ryukyus, Okinawoa, Nhật Bản đã sáng tạo và áp dụng thực tiễn vào đầu năm 1980. Chế phẩm này có khoảng 80 loài vi sinh vật kị khí và hiếu khí thuộc các nhóm: vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, 80 loài vi sinh vật này đƣợc lựa chọn từ 2000 loài đƣợc sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm và công nghệ lên men [10]. Chế phẩm sinh học đầu tiên ở Việt Nam, do các cán bộ ở Đại học Tổng hợp chế tạo. Đƣợc đăng kí tại Cục Thông tin – Bộ KH và CN, từ năm 1990 với mã số: 91-52-062/KQNC 1.4.2. Nguyên lí cho ra đời chế phẩm EM Với các quan điểm, sử dụng các vi sinh vật có ích trong nông nghiệp, việc sản xuất ra chế phẩm EM đƣợc dựa trên các nguyên lí cơ bản sau đây: - Nguyên lí thứ nhất: Sinh vật có ích trong nông nghiệp, việc sản xuất ra chế phẩm EMg tin – Bộ KH và CN, từ rời, nƣớc và khí cacbonic, những nguyên liệu này hoàn toàn có sẵn trong tự nhiên. Nhƣng hiện trạng ngành nông nghiệp vẫn còn ở tình trạng hiệu quả thấp, là do hiệu suất sử dụng năng lƣợng mặt trời của cây trồng vẫn còn thấp. Theo lí thuyết, tỉ lệ sử dụng năng lƣợng mặt trời của cây trồng có thể đạt 10- 20%, nhƣng tỉ lệ thực tế cho đến nay chỉ nhỏ hơn 1%. Tác giả tìm cách đƣa các vi khuẩn quang hợp vào chế phẩm 10 EM nhyên lí thứ nhất:nguyên lí cơ bản sau đây:inh vật có ích trong nông nghiệp, việc sản xuất ra 1200 mm, mà cây xanh bình thƣờng không có khả năng sử ụng bƣớc sóng này. - Nguyên lí thứ hai: Các vi sinh vật có ích trong nông nghiệp, việc sản xuất ra 1200 mm, mà cây xanh bình thƣờng không có khả năng sử dụng bƣớc sóng chất hữu cơ. Tác giả lựa chọn đƣa các vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ vào chế phẩm, chính là nhân tố có tính chìa khóa để đẩy mạnh khả năng sản xuất của cây trồng, thông qua con đƣờng khai thác đặc tính sẵn có của các chế phẩm hữu cơ. Từ hai nguyên lý cơ bản cho thấy: nhờ năng lƣợng ánh sáng mặt trời và các vi sinnh vật có ích, các chất hữu cơ đƣợc phân giải, cƣ nhƣ vậy hiệu quả sử dụng năng lƣợng ánh áng mặt trời sẽ đƣợc tăng lên và sức sản xuất cây trồng cũng đƣợc tăng lên. - Nguyên lí thứ ba: Trong tự nhiên có khoảng 5-10% vi sinh vật có ích trong nông nghiệp, , 510 % vi sinh vật có hại và có tới 80-90% ở dạng trung gian. Đƣa tăng cƣờng nhóm vi sinh vật có lợi vào tự nhiên các tác động lôi kéo số vi sinh vật trung gian chuyển sang có ích. Vì vậy khi dƣa chế phẩm EM vào vi sinh vật có ích sẽ tăng lên từ 8-9 lần so với bình thƣờng. 1.4.3. Cơ chế tác dụng của EM Kết quả sử dụng EM ở nhiều nƣớc cho thấy: EM có tác dụng tốt ở nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống và sản xuất. Rất nhiều nhà khoa học cho rằng: EM là một chế phẩm kì diệu, nó có thể làm cuộc cách mạng lớn về lƣơng thực thực phẩm và cải tạo môi trƣờng. Chế phẩm EM chứa hàng trăm dòng vi sinh vật khác nhau nhƣng đƣợc phân làm 5 nhóm vi sinh vật chủ lực và có tác dụng nhƣ sau: