Tìm ra vi khuẩn phân giải cellulose
Nhóm gồm Vũ Quỳnh Hương, Nguyễn Vĩnh Hoàng, Nguyễn Thị Huyền - Khoa Công nghệ thực phẩm, Học viện Nông nghiệp Việt Nam vừa nghiên cứu biến phụ phẩm chuối thành tài nguyên quý giá.
Theo TS Vũ Quỳnh Hương, trưởng nhóm nghiên cứu, mỗi năm, ngành trồng chuối Việt Nam tạo ra khoảng 1,4 triệu tấn sản phẩm, nhưng phần lớn thân, lá và vỏ chuối lại trở thành chất thải bỏ đi.
Chuối là một trong những cây ăn quả phổ biến nhất tại Việt Nam, chiếm khoảng 19% tổng diện tích trồng cây ăn quả cả nước. Tuy nhiên, chỉ khoảng 12% khối lượng chuối được sử dụng cho mục đích thương mại và tiêu dùng. Phần còn lại - bao gồm thân, lá và các bộ phận khác sau thu hoạch - lên tới khoảng 88%, tương đương hơn một triệu tấn mỗi năm, bị xem như chất thải rắn.
Điều này không chỉ gây lãng phí mà còn đặt ra bài toán môi trường khi việc xử lý phụ phẩm nông nghiệp chưa hiệu quả, dễ dẫn đến ô nhiễm đất, nước và không khí nếu chất thải bị đốt bỏ hoặc để phân huỷ tự nhiên.
Trước thực trạng đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành một nghiên cứu đầy triển vọng: Tìm kiếm và ứng dụng các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose - thành phần chính trong phụ phẩm chuối.
Cellulose là một loại polysaccharide - tức phân tử đường phức tạp - chiếm phần lớn cấu trúc thân, lá chuối. Để xử lý hiệu quả lượng lớn cellulose này, cần có các enzym chuyên biệt gọi là cellulase, được tạo ra bởi một số loại vi sinh vật nhất định.
Mục tiêu của nghiên cứu là phân lập các chủng vi khuẩn có khả năng sản sinh cellulase mạnh, từ đó áp dụng vào xử lý phụ phẩm chuối một cách sinh học, thay vì phụ thuộc vào các phương pháp cơ học hoặc hóa học như hiện nay.
Sau quá trình thu thập và phân tích 12 mẫu đất và chất thải từ cây chuối, nhóm nghiên cứu đã phân lập được 15 chủng vi khuẩn khác nhau. Qua các thử nghiệm sàng lọc, chủng vi khuẩn mang ký hiệu H3 - sau này được xác định là Bacillus megaterium - đã nổi bật nhờ khả năng phân giải cellulose vượt trội.
Chủng H3 tạo ra vùng phân giải rộng lên tới gần 30 mm trong môi trường nuôi cấy đặc biệt, cao hơn nhiều so với các chủng khác. Hình thái khuẩn lạc cũng đặc trưng tròn, hơi vàng đục, viền không đều và bề mặt bóng.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu tiến hành xác định điều kiện nuôi cấy tối ưu để vi khuẩn H3 sản xuất cellulase với hiệu suất cao nhất. Kết quả cho thấy, Bacillus megaterium H3 hoạt động hiệu quả nhất trong môi trường có nguồn carbon là CMC (carboxymethyl cellulose) và nguồn nitơ là NH₄Cl, ở nhiệt độ 30°C, pH ban đầu 7,0, trong thời gian nuôi 16 giờ và tốc độ lắc 200 vòng/phút.
Hiệu quả phân giải phụ phẩm tăng 32,28%
Để kiểm chứng khả năng ứng dụng thực tiễn, nhóm nghiên cứu đã tiến hành ủ phụ phẩm thân chuối trong điều kiện có bổ sung vi khuẩn B. megaterium H3. Kết quả cho thấy, hàm lượng cellulose trong phụ phẩm sau ủ giảm mạnh - lên tới 32,28% so với mẫu đối chứng không bổ sung vi khuẩn.
Không chỉ có sự phân hủy rõ rệt về mặt hóa học, trạng thái vật lý của nguyên liệu sau ủ cũng thay đổi đáng kể. Trong khi mẫu đối chứng vẫn còn cứng, màu nâu đen và chưa hoai mục, thì mẫu có bổ sung vi khuẩn đã chuyển sang màu đen, cấu trúc hoai mục rõ rệt, trở thành mùn - trạng thái rất phù hợp cho sử dụng làm phân bón hữu cơ.
Ngoài ra, hàm lượng chất khô và khối lượng tổng thể của phụ phẩm cũng giảm nhiều hơn, cho thấy vi khuẩn đã thực sự phân giải được lượng lớn cellulose và các thành phần hữu cơ khác.
Theo TS Hương, nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở khía cạnh khoa học cơ bản, mà còn mở ra tiềm năng lớn trong sản xuất chế phẩm sinh học phục vụ nông nghiệp bền vững.
Thay vì để rác chuối trở thành gánh nặng môi trường, người nông dân có thể tận dụng chính phụ phẩm của mình để ủ thành phân hữu cơ vi sinh, nhờ vào sự hỗ trợ của các vi khuẩn như Bacillus megaterium H3.
Việc sản xuất và sử dụng chế phẩm vi sinh xử lý phụ phẩm nông nghiệp hiện đang là xu hướng trên toàn cầu. Nó giúp giảm chi phí sản xuất, tăng khả năng tái chế tài nguyên nội tại, đồng thời hạn chế sử dụng phân bón hóa học - một trong những nguyên nhân gây suy thoái đất và ô nhiễm nguồn nước.
Tuy kết quả nghiên cứu bước đầu rất khả quan, nhưng để đưa vào sản xuất đại trà, cần thêm nhiều bước tiếp theo: từ việc xây dựng quy trình nhân nuôi vi khuẩn ở quy mô công nghiệp, kiểm soát chất lượng chế phẩm, đến thử nghiệm trên đồng ruộng và đánh giá tác động lâu dài đến cây trồng và đất. Song, nghiên cứu này cho thấy rõ tiềm năng lớn của việc kết hợp giữa vi sinh vật học và xử lý phụ phẩm nông nghiệp.
