Khuẩn lạc và hình thái vi khuẩn V19 nhìn dưới kính hiển vi điện tử quét

Cây vải (Litchi chinensis Sonn.) là đặc sản của Việt Nam có sản lượng lớn và được nhiều người tiêu dùng ưu tiên lựa chọn. Quả vải ngoài ăn tươi còn được chế biến thành các sản phẩm rất phong phú như vải sấy khô, rượu vang, đồ hộp, nước giải khát, bánh kẹo... Diện tích trồng vải của Việt Nam hiện nay khoảng 76.000 ha, tổng sản lượng đạt 362.200 tấn, trong đó Bắc Giang là tỉnh có diện tích trồng vải thiều lớn nhất cả nước, chiếm tới 32.000 ha (Tổng cục Thống kê, 2016). 

Thời gian thu hoạch quả vải ngắn (tháng 6 - 7) với sản lượng lớn nên phế phụ phẩm sau thu hoạch quả vải hiện nay được xử lý đơn giản bằng cách đổ ra vườn, lề đường, bờ ruộng và đốt. Lượng phụ phẩm có thể chiếm khoảng 1/4 - 1/3 so với khối lượng quả đem bán; gồm cành quả, cuống quả, lá, quả bị loại và các quả bị hỏng trong quá trình vận chuyển, tiêu thụ... Thành phần chính của loại phụ phẩm này là cellulose và lignin nên cần từ 9-12 tháng mới hoai mục trong môi trường tự nhiên, khi đốt gây ô nhiễm môi trường và làm mất đi lượng lớn dinh dưỡng có trong nguồn phụ phẩm (Đinh Hồng Duyên và ctv., 2015). 

Mặc dù cellulose và lignin là chất hữu cơ không tan trong nước, bền vững nhưng lại bị thuỷ phân dễ dàng bởi enzyme cellulase do vi sinh vật (VSV) tiết ra (Coughlan et al., 1979; Kanda, 2003; Nguyễn Xuân Thành và ctv., 2003). Hệ VSV phân huỷ cellulose rất phong phú và đa dạng bao gồm cả vi khuẩn, xạ khẩn và nấm. Các vi khuẩn có khả năng phân huỷ mạnh cellulose đã được chỉ ra là Bacillus, Cellulomonas, Vibrio, Archomobacter,... (Nguyễn Xuân Thành, 2003). Theo Walke (1975), vi khuẩn có vai trò đáng chú ý nhất trong quá trình phân huỷ và giữ vị trí đầu tiên trong giai đoạn phân huỷ chất hữu cơ của đống ủ, vi khuẩn phân huỷ các chất dinh dưỡng có thể phân huỷ được nhanh hơn so với các chủng VSV khác. Vi khuẩn còn là sinh vật sống nhiều nhất trong đống ủ chất hữu cơ. Vi khuẩn là hệ thống năng động, chiếm ưu thế ở tầng đáy và bề mặt đống ủ, hoạt động mạnh mẽ vào giai đoạn trước và sau khi ủ. Trong quá trình ủ chất hữu cơ, khi nhiệt độ trong đống ủ ở mức dưới 40°C thì số lượng vi khuẩn ưa ấm chiếm nhiều nhất 108 (CFU/g), nhiều hơn 102 đến 104 lần so với số lượng xạ khuẩn và nấm; khi nhiệt độ đống ủ 40-70°C thì số lượng vi khuẩn ưa nóng là 109 (CFU/g), lớn hơn 107 đến 102 lần so với xạ khuẩn và nấm ưa nhiệt (Haug, 1980).

Phân lập, tuyển chọn VSV có khả năng phân giải cellulose, tạo chế phẩm xử lý rơm rạ (Nguyễn Xuân Thành, 2004) và phế thải nông sản (Lê Văn Nhương và Nguyễn Lan Hương, 2001), nhưng chưa có kết quả nghiên cứu cụ thể cho phụ phẩm sau thu hoạch quả vải. Vì vi khuẩn có vai trò quan trọng trong đống ủ chất hữu cơ nên trong nghiên cứu này, việc phân lập, tuyển chọn vi khuẩn có khả năng phân hủy cellulose từ phụ phẩm sau thu hoạch quả vải đã hoai mục tự nhiên không chỉ xác định được sự có mặt của vi khuẩn phân giải cellulose trong nguồn chất thải này mà còn tạo nguồn giống để sản xuất chế phẩm sinh học cho xử lý phụ phẩm sau thu hoạch quả vải cũng như định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo.

Từ 300 mẫu phụ phẩm quả vải hoai mục tự nhiên tại Lục Ngạn - Bắc Giang đã phân lập được 98 chủng vi khuẩn. Các chủng vi khuẩn được tuyển chọn thông qua đánh giá hoạt tính cellulase, amylase, protease và thông qua đánh giá sinh trưởng, hoạt tính enzyme ngoại bào khi nuôi ở các điều kiện pH, nhiệt độ, kháng sinh khác nhau. Kết quả đã tuyển chọn được 2 chủng vi khuẩn, chủng V19 được định danh là Bacillus cereus thuộc nhóm an toàn sinh học cấp 2, chủng V98 là Bacillus toyonensis thuộc nhóm an toàn sinh học cấp 1. Bước đầu thử nghiệm chế phẩm sản xuất từ V19 và V98  xử lý phụ phẩm quả vải sau thu cho thấy độ hoai mục đạt 57 - 59% sau 35 ngày ủ ở quy mô chậu vại. Độ hoai mục và hàm lượng dinh dưỡng ở công thức có chế phẩm vi khuẩn đều cao hơn công thức đối chứng và cao hơn trước khi ủ.