Đánh giá chất lượng chế phẩm phân bón tạo ra từ phế phẩm cá tra và vỏ dứa

699 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CHẾ PHẨM PHÂN BÓN TẠO RA TỪ PHẾ PHẨM CÁ TRA VÀ VỎ DỨA Nguyễn Thị Hai, Võ Phùng Diễm Bằng, Nguyễn Kim Ngôn Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, trường Đại học Công nghệ TP.HCM TÓM TẮT Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá chất lượng của phân bón lá được tạo thành từ sự thủy phế phẩm cá tra bằng enzyme bromelain có trong vỏ dứa. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nồng độ N, P2O5, K2O và amino acid trong dịch thủy phân theo thứ tự là 0,94%, 0,37%, 0,32% và 0,38%. Dịch thủy phân có thể bảo quản bằng sorbic acid 0,75% và được trộn với NaNO3 (6g/lít) để tạo phân bón lá. Loại phân bón này cho hiệu quả kích thích sinh trưởng của rau cải và cây đậu bắp tương đương với phân bón lá trên thị trường. Từ khóa: Phụ phẩm cá tra, vỏ dứa, bromelain, thủy phân, phân bón lá. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Sản xuất nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế của Việt Nam. Trong sản xuất nông nghiệp, phân bón là yếu tố góp phần tăng năng suất cây trồng. Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (NN&PTNT), ước tính khối lượng nhập khẩu phân bón các loại 5 tháng đầu năm 2018 đạt 1,83 triệu tấn và 524 triệu USD, chủ yếu là phân vô cơ. Tuy nhiên, sử dụng phân hóa học thiếu khoa học không chỉ làm lãng phí tiền của mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và vấn đề an toàn thực phẩm. Trong những năm gần đây xuất khẩu thủy hải sản đang trở thành ngành xuất khẩu mũi nhọn lớn nhất trong kim ngạch toàn ngành của đất nước. Sản lượng thu hoạch 11 tháng đầu năm 2017 đạt 1.207,5 ngàn tấn (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2017). Trung bình sản xuất 1kg thành phần cá fillet đông lạnh cần khoảng 2,6kg cá nguyên liệu. Như vậy, lượng phụ phẩm từ công nghiệp chế biến cá tra fillet đông lạnh khoảng 450.000-480.000 tấn phụ phẩm/năm. Tuy nhiên, những phụ phẩm này chứa nhiều chất dinh dưỡng. Chất thải chế biến từ cá chưa được tận dụng là nguồn nguyên liệu tuyệt vời cho sản xuất hoặc phân bón hữu cơ. Việc tận dụng phụ phế phẩm cá không chỉ giải quyết các vấn đề môi trường về xử lý chất thải mà còn cải thiện kinh tế tổng thể của nuôi trồng thủy sản thương mại một cách bền vững (Berge, 2007).Bên cạnh đó, hằng năm ở nước ta, một lượng lớn phế phẩm dứa cũng được thải bỏ. Với 15 nhà máy chuyên về sản xuất các sản phẩm từ dứa và sản lượng dứa hằng năm đạt khoảng 300 nghìn tấn. Trong đó, lượng vỏ dứa chiếm đến 40% (Sunantha Ketnawa et al, 2012). Đặc biệt, enzyme bromelain có mặt trong toàn bộ quả dứa và có nhiều trong vỏ dứa (Lại Thị Ngọc Hà, 2009). Trên cơ sở đó, Võ Phùng Diễm Bằng (2018) đã đưa ra quy trình tạo phân bón lá từ vỏ dứa và phế phảm cá tra là phối trộn phế phẩm cá : vỏ dứa là 1:5,6 (w/w), thủy phân tối ưu trong điều kiện pH 5,5, nhiệt độ 50 thời gian thủy phân là 150 phút. Việc đánh giá tác dụng của chế phẩm này đối với cây trồng để có hướng sử dụng trong sản xuất là cần thiết 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu và hóa chất – Vỏ dứa: Vỏ dứa lấy từ chợ thành phố Hồ Chí Minh đem ép bằng máy ép trái cây để lấy dịch enzyme thô. 700 – Phụ phế phẩm cá tra (nội tạng, thịt đỏ) lấy từ công ty cổ phần Gò Đàng GODACO – SEAFOOD TP.Mỹ Tho, tỉnh Tiền Giang. – Enzyme Broelain công nghiệp do Viện Sinh học Nhiệt đới cung cấp. 2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm thuộc Viện khoa học ứng dụng, Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh. 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1. Quy trình sản xuất dịch thủy phân từ phế phẩm dứa và phế phẩm cá tra Tiến hành theo Phùng Diễm Bằng (2018). 2.3.2. Đánh giá chất lượng của dịch thủy phân sản xuất từ phế phẩm dứa và phế phẩm cá tra Dịch thủy phân được gửi đến phòng thí nghiệm Trung tâm Nghiên cứu thuộc Khu Nông nghiệp Công nghệ cao để phân tích. Lượng mẫu gửi là 5 lít. 2.3.3. Ổn định dịch thủy phân bằng sorbic acid Dung dịch sau thủy phân hoàn toàn được phối trộn với chất chống nấm (sorbic acid) có tỉ lệ lần lượt: 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1 và 1,5%. Sau 1 tháng tiến hành kiểm tra các chỉ tiêu. 2.3.4. Khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá cho cây cải xanh ngoài đồng Tiến hành trồng cải xanh trong các luống đất. Thời gian phun bắt đầu từ khi cây được 7 ngày tuổi và phun lại 2 lần, mỗi lần cách nhau 7 ngày. Lượng nước phun là 500 lít/ha. 2.3.5. Khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá cho cây đậu bắp trồng ngoài đồng Tiến hành trồng đậu bắp trong các luống đất. Thời gian phun bắt đầu từ khi cây được 20 ngày tuổi và phun lại 4 lần khi đậu bắp được 30, 40, 50 và 60 ngày tuổi. Lượng nước phun là 250 lít/ha khi cây được 20–30 ngày tuổi và khi cây hơn 40 ngày tuổi thì phun với lượng 500 lít/ha. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả định lƣợng các chất trong dịch thủy phân phụ phế phẩm các tra bằng enzyme Bảng 1. Hàm lượng các chất trong dịch thủy phân trước phối trộn STT Chỉ tiêu ĐVT Kết quả 1 N % 0,94 2 P2O5 % 0,37 3 K2O mg/Kg 3.198 4 Amino acid % 0,38% Nguồn: Kết quả phân tích tại Trung tâm nghiên cứu và phát triển nông nghiệp công nghệ cao Sản phẩm thủy phân từ phế phẩm cá tra bằng enzyme bromelain có trong vỏ dứa được gửi đến Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Nông nghiệp Công nghệ cao để phân tích hàm lượng N, P, K. Kết quả cho thấy, phế phẩm cá vỏ dứa có hàm lượng N, P, K khá cao tương ứng là 0,94%; 0,37% và 0,32%. Bên cạnh đó, trong dịch thủy phân còn chứa một lượng acid amin cao mà cây trồng có thể hấp thụ trực tiếp (N fomol 701 khoảng 0,4%). Hàm lượng P, K và amino acid trong nghiên cứu này cao hơn so với nghiên cứu của Phạm Đình Dũng và Trần Văn Lâm (2013), còn hàm lượng N là tương đương. Tuy nhiên, để đem lại hiệu quả kinh tế cho người sản xuất phân bón và người sử dụng thì vẫn cần bổ sung thêm hàm lượng vào dịch thủy phân cá để tạo thành chế phẩm. 3.2. Ổn định dịch thủy phân bằng sorbic acid Dịch thủy phân từ phế phẩm cá tra chứa một lượng đáng kể amino acid và protein, đây là nguồn thức ăn cho các vi sinh vật. Do vậy, chất lượng dịch thủy phân sẽ bị giảm trong quá trình bảo quản. Vì vậy, cần thiết phải nghiên cứu chất bổ sung để ổn định dịch thủy phân sau thời gian bảo quản (Phạm Đình Dũng và Trần Văn Lâm, 2013). Hình 1 . Ảnh hưởng của nồng độ sorbic acid đến độ ổn định của dịch thủy phân. Kết quả ở hình 1 cho thấy, hàm lượng N tổng số và N formol trong dịch thủy phân giảm hẳn (tương ứng là 57% và 72,6%) sau 3 tháng nếu không bổ sung chất bảo quản. Việc bổ sung sorbic acid có tác dụng đáng kể đến ổn định của dịch thủy phân. Bổ sung sorbic acid 0,25% giúp làm giảm sự thất thoát N tổng số và N fomol so với không bổ sung nhưng N tổng số và N formol vẫn thấp hơn so với lúc ban đầu. Nếu bổ sung sorbic acid vào dịch thủy phân với nồng độ 0,5% thì hàm lượng N tổng số không sai khác so với trước ổn định nhưng hàm lượng N formol thì giảm rõ. Khi tăng nồng độ sorbic acid lên từ 0,75% đến 1,5% thì hàm lượng N tổng số và N formol không sự sai khác so với trước bảo quản. Tuy nhiên, các chỉ số N tổng số và N formol trong dịch thủy phân bổ sung sorbic acid 0,75, 1, 1,5% lại không sai khác nhau. Điều này cho thấy, việc bổ sung sorbic acid từ 0,75%-1,5% cho khả năng ổn định của dịch thủy phân cao. Mặt khác, trong quá trình bảo quản thì mùi hôi ở công thức không sử dụng sorbic acid nặng hơn nhiều so với khi sử dụng sorbic acid. Sở dĩ có kết quả này vì khi bổ sung sorbic acid vào dịch thủy phân thì đã làm hạn chế sự hoạt động của các vi sinh vật nên lượng đạm mất đi ít và hạn chế sinh ra các khí gây mùi như H2S Tuy nhiên để tăng hiệu quả kinh tế, thì lựa chọn nồng độ sorbic acid là 0,75% để ổn định dịch thủy phân cá. 3.3. Phối chế dung dịch thủy phân thành phân bón lá để dùng cho rau. Dựa theo nghiên cứu của Phạm Đình Dũng và Trần Văn Lâm (2013), lượng N tổng số trong phân bón lá nên vào khoảng 2%. Với hàm lượng N trong dịch thủy phân là 0,94% nên nhóm nghiên cứu đã bổ sung thêm hàm lượng N dưới dạng NaNO3 với liều lượng 61g/l tạo chế phẩm phân bón có khoảng 2% hàm lượng N. 702 3.4. Chi phí sản xuất của chế phẩm phân bón lá từ dịch thủy phân cá tra bằng enzyme có trong vỏ dứa Do nguồn nguyên liệu để sản xuất phân bón lá trong nghiên cứu này là tận dụng từ các nguồn phế phẩm bỏ đi cộng với quy trình sản xuất đơn giản nên giá thành cho sản phẩm khá thấp. Cứ 0,67kg phụ phế phẩm cá tra và 3,8kg vỏ dứa sẽ cho ra 1,017L chế phẩm phân cón lá đậm đặc. Chi phí cho 1 lít chế phẩm này chỉ vào khoảng 13.350 đồng/lít, chủ yếu là tiền công và chi khác như điện, nước, bao bì. Trong khi đó, giá bán của các loại phân bón trên thị trường dao động từ 350.000–1.390.000 đồng/lít. Như vậy, khi sản xuất 1L phân bón lá sẽ làm giảm một lượng đáng kể phế thải từ phụ phẩm cá và vỏ dứa. Việc tận dụng các nguồn phế liệu này không chỉ giúp làm giảm chất thải, giảm ô nhiễm môi trường mà còn tiết kiệm đáng kể lượng ngoại tệ để nhập khẩu phân bón (vì phần lớn phân bón lá hiện nay đều nay đều được nhập khẩu từ nước ngoài). Bảng 2. Chi phí sản xuất chế phẩm (1L) từ dịch thủy phân cá tra. STT Vật tƣ ĐVT Số lƣợng Đơn giá (đồng) Thành tiền 1 Phụ phẩm cá kg 0,67 5.000 3.350 2 Vỏ dứa kg 3,8 0 0 3 Hóa chất 3.1 NaNO3 g 61 13,7 835,7 4 Điện, nước 2.000 5 Chai bao bì cái 2 3.500 7.000 Tổng chi (đồng/lít) 13.185,7 Tổng thu (đồng/lít) 150.000 Lợi nhuận 149.814,3 Ghi chú: Chi phí chưa tính khâu hao thiết bị và công lao động. 3.5. Khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá cho cải xanh trồng ngoài đồng Bảng 3. Ảnh hưởng của chế phẩm phân bón lá trên cải xanh trồng ngoài đồng. Công thức Chiều cao cây (cm) ở các giai đoạn Số lá/cây ở các giai đoạn (lá) Khối lƣợng trung bình (g/cây) Năng suất lý thuyết (kg/m 2 ) Năng suất thực thu (kg/m 2 ) Sau trồng 26 ngày (cm) Phun nước (ĐC) 22,443 0,204E 7,233 0,153C 35,783 0,862D 2,147 0,052D 1,593 0,213D Dịch thủy phân 5% 27,297 0,245D 8,267 0,153B 50,267 0,729C 3,016 0,044C 2,390 0,145C Dịch thủy phân 10% 28,500 0,202C 9,000 0,100A 64,950 0,841B 3,887 0,034B 2,897 0,112B 703 Công thức Chiều cao cây (cm) ở các giai đoạn Số lá/cây ở các giai đoạn (lá) Khối lƣợng trung bình (g/cây) Năng suất lý thuyết (kg/m 2 ) Năng suất thực thu (kg/m 2 ) Sau trồng 26 ngày (cm) Chế phẩm 5% 29,217 0,130B 9,000 0,100A 65,333 1,178B 3,947 0,082B 2,957 0,093B Chế phẩm 10% 30,623 0,099A 9,100 0,300A 82,883 1,351A 4,973 0,081A 4,013 0,150 A Phân bón lá Grow 6-6-6 30,583 0,031A 9,133 0,153A 83,133 1,284A 4,988 0,078A 4,067 0,163A CV (%) 0,599 2,009 1,676 1,687 5,054 Ghi chú: Các giá trị trung bình trong cùng một cột có cùng ký tự không khác biệt có nghĩa ở mức xác suất p < 0,05. Qua theo dõi chiều cao cây ở các thời kỳ được trình bày ở bảng 3 cho thấy sau trồng 26 ngày chiều cao cây đã cao hơn rõ rệt khoảng từ 3-8cm so với phun bằng nước. Như vậy, với công thức sử dụng chế phẩm có liều lượng 10% đạt hiệu quả cao nhất 30,623 0,099cm nhưng không có sự khác biệt so với tưới bằng phân bón lá Grow 6-6-6. Số lá của rau cải qua các giai đoạn trình bày ở bảng 3 cho thấy sau trồng 26 ngày đã có sự khác biệt rõ rệt. Việc phun bổ sung dịch thủy phân và chế phẩm đều cho số lá trên cây cao hơn đối chứng phun nước, đối chứng, dịch thủy phân 5% ít hơn từ 1–3 lá so với các công thức khác. So sánh giữa các công thức thì phun dịch thủy phân 10% và chế phẩm 5, 10% đều cho số lá/cây không sai khác so với loại phân bón lá sử dụng trên thị trường. Ngoài ra,việc phun bổ sung dịch thủy phân hoặc chế phẩm đều là tăng trọng lượng cây cải cũng như năng suất lý thuyết và năng suất thực thu so với phun bằng nước lã. Phun dịch thủy phân 10% cho năng suất tương đương với phun chế phẩm 5% và thấp hơn so với phun phân bón lá thương phẩm. Tuy nhiên, nếu phun chế phẩm 10% thì năng suất tương đương với phun phân bón lá thương phẩm đang bán trên thị trường. 3.6. Khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá cho đậu bắp trồng ngoài đồng Bảng 4. Ảnh hưởng của chế phẩm phân bón lá trên cây đậu bắp trồng ngoài đồng Công thức Ngày ra hoa đầu tiên (ngày) Ngày thu hoạch đầu tiên (ngày) Chiều cao cây (cm) Số lƣợng quả trung bình (quả/cây) Trọng lƣợng trung bình quả (g/quả) Năng suất cây đậu bắp (kg/m2) Phun nước (ĐC) 62,330 0,500A 69,053 0,254A 63,333 3,819D 5,943 0,196C 24,307 1,339C 0,289 0,021C Dịch thủy phân 5% 55,727 2,103B 62,833 2,184B 77,780 3,154C 10,667 0,726B 28,717 1,170B 0,611 0,016B Dịch thủy phân 10% 55,610 1,018B 62,610 1,018B 82,777 6,473C 12,277 1,845B 29,923 0,154AB 0,734 0,107B 704 Công thức Ngày ra hoa đầu tiên (ngày) Ngày thu hoạch đầu tiên (ngày) Chiều cao cây (cm) Số lƣợng quả trung bình (quả/cây) Trọng lƣợng trung bình quả (g/quả) Năng suất cây đậu bắp (kg/m2) Chế phẩm 5% 48,390 0,256C 55,557 0,196C 115,557 6,354B 19,610 2,262A 30,120 0,344AB 1,181 0,135A Chế phẩm 10% 47,667 0,335C 54,667 0,335C 128,333 8,698A 20,890 2,178A 30,497 0,232A 1,274 0,138A Phân bón lá Grow 6-6-6 47,610 0,629C 54,610 0,629C 118,887 4,193AB 20,223 3,376A 30,150 0,668A 1,219 0,197A CV (%) 1,935 1,727 5,907 13,729 2,750 13,701 Ghi chú: Các giá trị trung bình trong cùng một cột có cùng ký tự không khác biệt có nghĩa ở mức xác xuất p < 0,05. Kết quả ở bảng 4 cho thấy, đậu bắp khi được phun dịch thủy phân và chế phẩm ra hoa sớm hơn khi phun bằng nước từ 7–15 ngày. Thời gian từ khi gieo đến khi thu hoạch quả đầu tiên, so với công thức đối chứng, đậu bắp được phun dịch thủy phân thu hoạch sớm hơn 7 ngày (thu hoạch ở ngày thứ 69), còn phun chế phẩm và phân bón thương mại thu hoạch đậu bắp sớm hơn nửa tháng (thu hoạch ở ngày thứ 55 khi phun chế phẩm 5%, ngày thứ 56 ở chế phẩm 10% và phân bón thương mại). Sự chênh lệch rõ rệt về số ngày ra hoa và ngày thu hoạch ở các công thức cho thấy với công thức sử dụng chế phẩm lần lượt là 5% và 10% đạt hiệu quả cao nhất (sớm hơn đối chứng khoảng 15 ngày). Về chiều cao ở các công thức có sự khác biệt rõ rệt khoảng từ 14–65cm so với phun bằng nước. Ngoài ra, đậu bắp ở công thức phun chế phẩm 5% có chiều cao (115,557 6,354cm) không sai khác so với phun bằng phân bón lá Grow 6-6-6 (118,887 4,193cm), chiều cao cây lớn nhất ở công thức phun chế phẩm 10% (128,333 6,354cm). Về số quả/cây và trọng lượng trung bình quả có sự khác biệt khi sử dụng dịch thủy phân và chế phẩm phân bón ở các nồng độ khác nhau. Tuy nhiên, số lượng quả/cây và trọng lượng trung bình quả không có sự khác biệt lớn khi phun bằng chế phẩm với liều lượng 5% và 10% so với khi phun bằng phân bón thương mại. Trong đó, có hiệu quả tốt nhất là khi sử dụng chế phẩm với nồng độ 10%. Khi tăng nồng độ sử dụng ở các công thức thì năng suất đậu bắp tăng dần, đạt cao nhất ở công thức 4 và 5 (khoảng 1,2 kg/m 2) và khác hơn hẳn so với đối chứng (0,289 kg/m2). 4. KẾT LUẬN Dịch thủy phân từ phế phẩm cá tra và phế phẩm dứa có hàm lượng N, P2O5, K2O và amino acid theo thứ tự là 0,94%, 0,37%, 0,32% và 0,38%. Dịch thủy phân có thể ổn định bằng sorbic acid với nồng độ là 0,75%. Phun chế phẩm phân bón lá từ phế phẩm cá tra và vỏ dứa với nồng độ 10% có khả năng làm tăng năng suất của cải bẹ xanh và đậu bắp tương đương với phân bón lá thương mại trên thị trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Berge JP. For a better use of marine by-products and wastes, FAO. Fisheries Report. 2007; 819:103-110. [2] Nguyễn Bá Mùi (2002). Nghiên cứu phụ phẩm dứa ủ chua làm thức ăn gia súc, Luận án tiến sĩ nông nghiệp, Trường Đại học Nông nghiệp, Hà Nội. 705 [3] Lại Thị Ngọc Hà (2009). Nghiên cứu tách và tạo chế phẩm bromelain từ phụ phế phẩm dứa, Tạp chí khoa học và phát triển: tập 7, số 2: 203 – 211. [4] Sunantha Ketnawa, Phanuphong Chaiwut, Saroat Rawdkuen (2012). Pineapple waste: A potential source for bromelain extraction. Food and Bioproducts processing. Volume 90, Issue 3, July 2012, Pages 385-391 [5] Võ Phùng Diễm Bằng (2018). tạo phân bón lá từ phụ phế phẩm cá tra và vỏ dứa. Luận văn tốt nghiệp đạị học. Trường Đại học Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh. [6] Phạm Đình Dũng, Trần Văn Lâm (2013). Nghiên cứu ứng dụng dung dịch thủy phân từ phụ phẩm cá bằng enzym làm phân bón cho một số loại rau trong nhà màng, Sở Khoa Học và Công Nghệ TP.HCM. [7] Nguyễn Công Hà, Lê Nguyễn Đoan Duy, Nguyễn Thị Thủy, Nguyễn Thị Bích Phượng (2015). Khảo sát khả năng thủy phân ptrotein từ phụ phẩm cá tra (pangasius hypophthalmus) bằng enzyme bromelain , Tạp chí Hội nghị khoa học chăn nuôi - Thú Y toàn quốc, trang 437 – 422.