Nghiên cứu sử dụng nước thải sau chưng cất cồn để sản suất chế phẩm bio-hr dùng trong chăn nuôi

TẠP CHÍ SINH HỌC, 2012, 34(3SE): 132-136 132 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NƯỚC THẢI SAU CHƯNG CẤT CỒN ĐỂ SẢN SUẤT CHẾ PHẨM BIO-HR DÙNG TRONG CHĂN NUÔI Võ Thị Hạnh1*, Lê Thị Bích Phượng1, Trần Thạnh Phong1, Lê Tấn Hưng1, Trương Thị Hồng Vân1, Lê Thị Hương1, Tô Thanh Hằng2 (1)Viện Sinh học nhiệt đới, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, (*)hanhthunhan@gmail.com (2)Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh TÓM TẮT: Nước thải sau chưng cất cồn (NTSCCC) của nhà máy rượu Bình Tây được sử dụng làm môi trường nuôi cấy giống hỗn hợp vi sinh vật (VSV) có ích tạo chế phẩm sinh học BIO-HR. Chế phẩm BIO- HR chứa mật độ tế bào Bacillus sp. ≥ 107 CFU/ml, Lactobacillus sp. ≥ 107 CFU/ml, Saccharomyces sp. ≥ 106 CFU/ml, pH 4-5, không chứa Coliforms, có mùi thơm và vị chua và bảo quản được trong thời gian trên một tháng. Hiệu quả sử dụng của chế phẩm BIO-HR (2,5 ml Bio-HR/lít nước) cho gà Lương Phượng 3 tuần tuổi uống, sau 8 tuần nuôi, tăng trọng bình quân (kg/con) cao hơn lô đối chứng 30%; hệ số tiêu tốn thức ăn (FCR) thấp hơn lô đối chứng 16%. Vì vậy, các nhà máy sản xuất cồn thay vì tốn chi phí để xứ lý toàn bộ nước thải, có thể tận dụng NTSCCC để sản xuất chế phẩm sinh học giàu VSV có ích, tạo thêm việc làm cho người lao động và tăng lợi nhuận cho nhà máy; giúp người chăn nuôi mua được chế phẩm sinh học giá rẻ và hiệu quả sử dụng cao. Từ khóa: Bacillus, Coliforms, Lactobacillus, Saccharomyces, chăn nuôi, vi sinh vật có ích. MỞ ĐẦU Tính trung bình, lượng nước thải của các nhà máy sản xuất ethanol gấp 10 lần thể tích ethanol thành phẩm. Tùy thuộc vào loại nguyên liệu và qui mô sản xuất ethanol mà các nhà máy lựa chọn các phương pháp tái sử dụng và xử lý khác nhau. Nước thải chưng chất cồn từ nguyên liệu tinh bột (bắp, lúa miến, lúa mạch, lúa mì, khoai tây...) có giá trị dinh dưỡng cao, gồm tế bào nấm men tự phân giải, giàu các vitamin nhóm B, protein thô (1-4%, dựa trên chất khô), chất xơ, các axít amin và các chất khoáng [4]. Ở Hoa Kỳ, ethanol được sản xuất từ tinh bột ngô, trung bình 25,4 kg bột ngô sản xuất ra 10,6 lít ethanol, 8,2 kg bã rượu khô và 8,2 kg CO2 [5]. Chất thải sau chứng cất cồn được ly tâm để tách nước, phần chất rắn khoảng 65% độ ẩm, gọi là bã rượu ướt, hoặc được sấy khô gọi là bã rượu khô, phần chất lỏng được cô đặc và phối trộn lại với bã rượu ướt. Tất cả các loại bã rượu được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi [3]. Nước thải chưng cất cồn từ tinh bột còn được sử dụng để sản xuất phân bón hữu cơ [6], nhân sinh khối Lactobacillus sakei CY1 [8] và Saccharomyces cerevisiae [5]. Công ty cổ phần rượu Bình Tây có dây chuyền công nghệ sản xuất cồn thực phẩm tiên tiến, sử dụng nguyên liệu tinh bột gạo và một phần nhỏ tinh bột khoai mì qui mô 20.000 lít/ngày, NTSCCC (100-200 m3/ngày) được cho qua máy lọc khung bản để tách nước, phần chất rắn dạng bột nhão được bán giá rẻ làm thức ăn gia súc, phần nước được cho qua hệ thống xử lý nước thải theo phương pháp sinh học (vốn đầu tư 16 tỉ đồng) đạt tiêu chuẩn loại A trước khi thải ra môi trường. Tuy nhiên, chi phí để vận hành hệ thống xử lý nước thải rất cao (khoảng 35.000 đ/khối nước thải). Vì vậy, mục đích của nghiên cứu này là tận dụng NTSCCC của nhà máy rượu Bình Tây làm môi trường nuôi cấy hỗn hợp VSV có ích, tạo chế phẩm sinh học giá rẻ dùng trong chăn nuôi. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu Nước thải sau chưng cất cồn được lấy từ nhà máy rượu Bình Tây, và được gửi phân tích các chỉ tiêu: chất khô (%), đạm thô (%), tinh bột (%), xơ thô (%), P, K, Mg và Coliforms. Giống VSV có ích: chứa hỗn hợp các chủng Bacillus spp. 109 CFU/ml, Lactobacillus spp., 109 CFU/ml và Saccharomyces spp. 108 CFU/ml (được sản xuất tại Pilot Công nghệ vi sinh, Viện Sinh học nhiệt đới). Vo Thi Hanh et al. 133 Qui trình sản xuất chế phẩm BIO-HR Giống VSV có ích → Môi trường NTSCCC (rỉ đường mía 2% w/v) → Lên men tĩnh 3-5 ngày ở nhiệt độ phòng → đóng chai: chế phẩm Bio-HR [2]. Theo dõi các chỉ tiêu: mật độ tế bào Bacillus spp., vi khuẩn lactic, nấm men, pH, Coliforms, mùi vị của các dịch nuôi cấy (sản xuất 3 mẻ). Xác định mật độ tế bào VSV: bằng phương pháp đếm khuẩn lạc trên môi trường chọn lọc [1]. Thử nghiệm hiệu quả chế phẩm Bio-HR trên gà Lương Phượng Chế phẩm BIO-HR được thử nghiệm trên gà Lương Phượng từ 3 tuần tuổi bằng cách pha với nước sạch cho gà uống, thử nghiệm được chia lô ngẫu nhiên, mỗi lô 30 con (đồng đều giới tính, trọng lượng và khỏe mạnh), tại Trung tâm Nông Lâm Ngư, Đại học Nông lâm tp. Hồ Chí Minh theo các công thức như sau: lô 1 (đối chứng): Cám hỗn hợp Con Cò; Lô 2: Cám hỗn hợp Con Cò + Chế phẩm BIO-HR (2,5 ml/lít nước uống); lô 3: Cám hỗn hợp Con Cò + Chế phẩm BIO-HR (5,0 ml/lít nước uống); Lô 4: Cám hỗn hợp Con Cò + Chế phẩm Bio-HR (7,5 ml/lít nước uống). Theo dõi các chỉ tiêu tăng trọng trung bình, thức ăn tiêu tốn và hệ số tiêu tốn thức ăn (kg thức ăn/kg thể trọng) sau 8 tuần nuôi. Số liệu thu được của các công thức được phân tích biến lượng (ANOVA) đơn yếu tố để đánh giá sự khác biệt ở mức P ≤ 0,05, thao tác trên phần mềm MINITAB 16 for Window. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Thành phần lý hóa sinh của nước thải sau chưng cất cồn Bảng 1. Các chỉ tiêu phân tích của nước thải sau chưng cất cồn Chỉ tiêu Hàm lượng pH 3,9 Chất khô (%) 1,82 Đạm thô (g/l) 12,25 Tinh bột (g/l) 1,03 Xơ thô (g/l) 1,35 P (mg/l) 222,59 K (mg/l) 164,62 Mg (mg/l) 27,23 Coliforms Không phát hiện Bảng 1 cho thấy, thành phần NTSCCC của nhà máy rượu Bình Tây gồm đạm thô (12,25 g/l), P (222,59 mg/l), K (164,62 mg/l) và không có Coliforms nên thích hợp cho các chủng VSV có ích sinh trưởng. Sản xuất chế phẩm BIO-HR qui mô 10 lít/mẻ Môi trường NTSCCC được cho thùng nhựa 10 lít, cấy 5% giống hỗn hợp VSV có ích, để lên men tĩnh trong 3 ngày ở nhiệt độ phòng. Mật độ tế bào Bacillus sp., Lactobacillus sp., Saccharomyces sp. và pH của ba đợt sản xuất được trình bày trong bảng 2. Bảng 2. Mật độ VSV có ích và pH trong chế phẩm BIO-HR (qui mô 5 lít/mẻ) Các đợt sản xuất Bacillus sp. (CFU/ml) Lactobacillus sp. (CFU/ml) Saccharomyces sp. (CFU/ml) Coliforms pH 1 1,0 × 107 4,5 × 109 7,0 × 106 Không phát hiện 4,05 2 1,5 × 107 3,6 × 109 8,5 × 106 4,1 3 1,2 × 107 4,0 × 109 8,0 × 106 4,15 TẠP CHÍ SINH HỌC, 2012, 34(3SE): 132-136 134 Bảng 2 cho thấy, mật độ tế bào VSV có ích và pH của ba mẻ sản xuất tương đương nhau, Bacillus sp. (≥ 107 CFU/ml), Lactobacillus sp. (≥ 109 CFU/ml), Saccharomyces sp. ( ≥ 7,0 × 106 CFU/ml) và pH khoảng 4 và không có Coliforms. Trong môi trường NTSCCC, Bacillus sp. phát triển trên bề mặt môi trường, sinh ra các enzyme và chất trao đổi. Đồng thời, Lactobacillus sp. lên men đường thành axít lactic làm giảm pH của môi trường, tạo điều kiện thích hợp cho nấm men (Saccharomyces sp.) lên men đường thành rượu, xảy ra phản ứng ester hoá ứng giữa axít lactic và rượu, tạo ra mùi thơm của dịch nuôi cấy. Sản xuất chế phẩm BIO-HR qui mô 100 lít/mẻ Môi trường NTSCCC được cho vào bồn nhựa 100 lít, cấy 5% giống hỗn hợp VSV có ích, để lên men tĩnh trong 3 ngày ở nhiệt độ phòng. Mật độ tế bào Bacillus sp., Lactobacillus sp., Saccharomyces sp. và pH của ba đợt sản xuất được trình bày trong bảng 3. Bảng 3. Mật độ VSV có ích và pH trong chế phẩm BIO-HR (qui mô 100 lít/mẻ) Các mẻ sản xuất Bacillus sp. (CFU/ml) Lactobacillus sp. (CFU/ml) Saccharomyces sp. (CFU/ml) Coliforms pH 1 8,5 × 106 3,0 × 109 6,0 × 106 Không phát hiện 4,1 2 1,0 × 107 2,5 × 109 7,5 × 106 4,0 3 7,5 × 106 2,0 × 109 7,0 × 106 4,15 Bảng 3 cho thấy, mật độ tế bào Bacillus sp. (≥ 7,0 × 106 CFU/ml), Lactobacillus sp. (≥ 109 CFU/ml), Saccharomyces sp. (≥ 6,0 × 106 CFU/ml) và pH khoảng 4,1 trong MT NTSCCC qui mô 100 lít/mẻ tương đương với qui mô 10 lít/mẻ. Theo dõi thời gian bảo quản chế phẩm Bio-HR Chế phẩm BIO-HR được đóng vào chai 1 lít và bảo quản ở điều kiện thoáng mát, tránh ánh nắng. Mật độ VSV có ích và pH của chế phẩm BIO-HR được theo dõi sau 7 đến 30 ngày bảo quản. Bảng 4. Mật độ VSV hữu ích và pH của chế phẩm BIO-HR sau 7 - 30 ngày bảo quản Thời gian bảo quản (ngày) Bacillus sp. (CFU/ml) Lactobacillus sp. (CFU/ml) Saccharomyces sp. (CFU/ml) Coliforms pH 7 1,0 × 107 2,0 × 109 5,5 × 106 Không phát hiện 4,0 15 6,0 × 106 4,0 × 108 3,0 × 106 4,05 30 2,5 × 106 1,0 × 108 1,0 × 106 4,1 Bảng 4 cho thấy, mật độ tế bào VSVgiảm không đáng kể và pH ổn định sau 30 ngày bảo quản ở nhiệt độ thường. Kết quả thử nghiệm hiệu quả chế phẩm Bio- HR trên gà Lương Phượng Bảng 5 cho thấy, trọng lượng đầu vào và tổng lượng thức ăn tiêu thụ giữa các lô không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P > 0,05); nhưng trọng lượng khi xuất chuồng và hệ số tiêu tốn thức ăn ở các lô có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05); trong đó, tổng tăng trọng cao nhất ở lô 2 và lô 3 (bổ sung 2,5 ml và 5 ml Bio-HR/lít nước uống) tương ứng là 52,79 kg và 53,235 kg, cao hơn lô 1 (43,5 kg) 1,3 lần và hệ số tiêu tốn thức ăn ở lô 2 và 3 tương ứng là 2,39 và 2,45 thấp hơn lô đối chứng 1,15 lần (2,78) (bảng 5). Vo Thi Hanh et al. 135 Bảng 5. Tăng trọng trung bình, thức ăn tiêu tốn và hệ số tiêu tốn thức ăn của gà sau 8 tuần nuôi (thời điểm thu hoạch) Công thức Các chỉ tiêu Lô 1 (đối chứng) (n = 30) Lô 2 (n = 30) Lô 3 (n = 30) Lô 4 (n = 30) P (mức ý nghĩa) Tổng trọng lượng đầu vào (kg) 13,5a 13,49a 13,535a 13,415a 0,973 Tổng trọng lượng đầu ra khi xuất chuồng (kg) 43,5 b 52,79a 53,235a 48,685ab 0,000 Tổng tăng trọng (kg) 30 39,3 39,7 35,27 0,000 Tổng lượng ăn tiêu thụ (kg) 83,5 93,9 97,1 90,4 0,165 Hệ số tiêu tốn thức ăn (kg thức ăn/kg thể trọng) 2,78 2,39 2,45 2,56 0,000 Tỷ lệ sống trung bình (%) 100 100 100 100 (a,b) trong cùng hàng ngang, là những chữ cái khác nhau thì có sự sai khác thống kê rõ rệt (P < 0,05). KẾT LUẬN NTSCCC của nhà máy rượu Bình Tây có thành phần hoá lý sinh thích hợp để nuôi cấy giống hỗn hợp VSV có ích tạo chế phẩm sinh học BIO-HR. Chế phẩm BIO-HR chứa mật độ tế bào Bacillus spp. > 107 CFU/ml, Lactobacillus spp. > 107 CFU/ml, và Saccharomyces sp. > 106 CFU/ml, pH 4, không chứa Coliforms, có mùi thơm và vị chua và bảo quản được trong thời gian trên một tháng. Hiệu quả sử dụng của chế phẩm Bio-HR (2,5 - 5 ml ml Bio-HR/lít nước) cho gà Lương Phượng 3 tuần tuổi uống, sau 8 tuần nuôi, tổng tăng trọng cao cao hơn đối chứng 1,3 lần và hệ số tiêu tốn thức ăn thấp hơn lô đối chứng 1,15 lần. Lời cảm ơn: Công trình này được hỗ trợ kinh phí của Sở Khoa học và Công nghệ tp. Hồ Chí Minh (2012-2013). TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Benson H. J., 1990. Microbiological applications. Wm. C. Brown Publishers, USA, pp. 87-92. 2. Võ Thị Hạnh, Lê Thị Bích Phượng, Trần Thạnh Phong, Lê Tấn Hưng Trương Thị Hồng Vân, 2007. Sản xuất và thương mại hoá các chế phẩm sinh học dùng trong nuôi trồng thủy sản. Tuyển tập hội nghị khoa học và công nghệ gắn với thực tiễn lần 2. Nxb. Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội. 3. Krzywonos M., Cibis E., Miskiewicz T., and Ryznar-Luty A., 2009. Utilization and biodegradation of starch stillage (distillery wastewater), Electron. J. Biotech., 12(1): 0717-3458. 4. Mustafa A. F, McKinnon J. J., Ingledew M. W., Christensen D. A., 2000. The nutritive value for ruminants of thin stillage and distillers’ grains derived from wheat, rye, triticale and barley. J. Sci. Food Agr., 80(5): 607-613. 5. Shurson J., 2004. Quality and Nutritional Characteristics of Distiller's. Dried Grains with Solubles. (DDGS). Dept. of Animal Science. University of Minnesota. www.ddgs.umn.edu/. 6. Tanaka Y., Murata A., Hayashida S., 1995. Accelerated composting of cereal Shochu- distillery wastes by Actinomycetes: promotive composting of Shochu-distillery waster (I). Seibutsu-kogaku Kaishi, 73: 365- 372. 7. Yang Fan-Chaing, Tung Han-Lin, 1996. Reuse of thin stillage from rice spirit for the culture of the yeast Saccharomyces cerevisiae. Process Biochemistry, 31(6): 617-620. 8. Yuliani E., Imai T., Teeka J., Tomita S., 2011. Utilization of sweet potato-shochu distillery wastewater as growth stimulating of Lactobacillus sakei CY1. Int. J. Aca. Res., 3(2): 419-423. TẠP CHÍ SINH HỌC, 2012, 34(3SE): 132-136 136 A STUDY ON USING ETHANOL DISTILLERY WASTE TO PRODUCE BIO-HR PRODUCT FOR LIVESTOCK Vo Thi Hanh1, Le Thi Bich Phuong1, Tran Thanh Phong1, Le Tan Hung1, Truong Thi Hong Van1, Le Thi Huong1, To Thanh Hang2 (1)Institute of Tropical Biology, VAST (2)Nong Lam University, Ho Chi Minh city SUMMARY The ethanol distillery waste (stillage) of the Binh Tay company was used for the growth of useful microorganisms, such as, Bacillus sp., Lactobacillus sp. and Saccharomyces sp., to produce BIO-HR product. The BIO-HR product obtained after 3 days of fermentation at room temperature contained cell density of Bacillus sp. ≥ 107 CFU/ml, Lactobacillus sp. ≥ 107 CFU/ml, Saccharomyces sp. ≥ 106 CFU/ml, pH 4-5 without Coliforms. Effects of the Bio-HR on Luong Phuong chicken showed that if chickens drink a solution of 2.5 g Bio- HR/litre of tap water for 8 weeks, the average weight (kg/head) was 30% higher than the control plot and Feed Consumption Rate (FCR) was reduced by 16% compared to the control plot. Therefore, instead of entire waste water treatment, the ethanol producers can reuse stillage to produce a bio-product of high quality for livestock, reducing the cost of waste water treatment, and thus creating more jobs for workers and achieving more profit. Keywords: BIO-HR product, ethanol distillery waste (stillage), livestock, useful microorganisms. Ngày nhận bài: 21-6-2012