Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ sinh học từ lông gà

Hình ảnh lông gà, nội tạng, phân, máu hòa lẫn nước thải từ lâu đã trở thành khung cảnh quen thuộc tại những khu chợ dân sinh và các lò mổ gia cầm. “Hiện tại ở các điểm giết mổ gia cầm, lông gà được thải ra và vứt bỏ chung với rác thải sinh hoạt, điều này gây nguy cơ ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe”, TS. Tạ Ngọc Ly mô tả.

Thực chất, phế phẩm của công nghiệp chế biến gia cầm – lông gà – với khối lượng lên đến hàng ngàn tấn/năm, không phải là thứ vô dụng. Lông gà chứa hàm lượng protein rất cao nên có thể tận dụng làm nguồn bổ sung protein cho thức ăn chăn nuôi hoặc làm phân bón cho cây trồng. Nhận thức được điều này, người nông dân từ lâu vẫn thường xuyên tận dụng lông gà làm phân bón cho cây trồng. Tuy nhiên, keratin từ lông gà vốn là protein có cấu trúc dạng sợi, có độ bền cơ học cao và rất khó phân hủy tự nhiên; nếu không có phương pháp phù hợp mà chỉ trực tiếp chôn xuống đất thì lâu dần sẽ tạo ra môi trường vi khuẩn độc hại và bốc mùi.

Là nhà nghiên cứu trong lĩnh vực công nghệ sinh học, chủ yếu về bệnh học, TS. Tạ Ngọc Ly vẫn dành thời gian tìm hiểu về các hướng ứng dụng công nghệ sinh học để giải quyết ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, một trong những yếu tố chính thôi thúc anh tìm hiểu về lông gà lại đến từ chính thực tế mà anh đang… thấm thía mỗi ngày. “Nhà tôi ở gần một khu trồng quất, ở đây người dân vẫn thường dùng lông gà để ủ phân theo cách truyền thống, gây mùi hôi nồng nặc”, anh chia sẻ.

Lúc này, vấn đề đầu tiên mà anh cần giải quyết là làm thế nào để phân hủy keratin nhanh chóng? “Đúng là keratin không tan trong nước và không bị phân hủy bởi các protease thông thường như: trypsin, pepsin và papain”, anh phân tích về khó khăn bước đầu khi bắt tay vào nghiên cứu, “nhưng keratin có thể bị phân hủy bởi các chủng vi khuẩn xạ khuẩn và nấm có khả năng sinh tổng hợp keratinase - một dạng protease kiềm có khả năng xúc tác thủy phân protein tạo thành những phân tử thấp và các amino acid”. May mắn là vi sinh vật sinh tổng hợp keratinase có thể được tìm thấy ở nhiều nơi và từ nhiều nguồn khác nhau.

Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng thành công về các chủng sinh vật có hoạt tính keratinase. Tuy nhiên, ở Việt Nam, lĩnh vực nghiên cứu này chưa có nhiều và việc ứng dụng chúng còn rất hạn chế. “Sử dụng các chủng vi khuẩn có hoạt tính keratinase cao để thủy phân lông vũ có thể là câu trả lời hợp lý”, TS. Ly nhận định.

Vậy chủng vi sinh vật nào là chủng tối ưu để phân hủy lông gà? “Đó là câu hỏi tiếp theo mà chúng tôi buộc phải giải quyết, và cũng là lý do để chúng tôi quyết định tiến hành nghiên cứu phân lập chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy lông gà, xác định một số đặc điểm sinh học cũng như hoạt tính sinh enzyme keratinase và protease”. Từ các mẫu đất, lông và nước thu được tại nơi giết mổ gia cầm chợ Hòa Khánh, nhóm nghiên cứu đã phân lập được 14 chủng vi khuẩn. Trong đó, chọn lọc được 4 chủng vi khuẩn có khả năng sinh keratinase cao, đạt hiệu suất phân hủy trên 70% sau bốn ngày nuôi cấy.

Từ kết quả này, TS. Tạ Ngọc Ly và các đồng nghiệp của mình tiếp tục tạo ra chế phẩm dịch thủy phân lông gà như là nguồn phân bón hữu cơ cho cây trồng. Sau khi bón phân thử nghiệm, kết quả cho thấy cây rau muống được bón dịch thủy phân lông gà bằng vi sinh phát triển tốt, tăng 183,97% (khối lượng tươi) và 105,88% (chiều cao) so với cây mẫu đối chứng. So với đối chứng cây bón phân thương phẩm tăng 216,03% (khối lượng) và 108,17% (chiều cao).

“Việc phân lập được chủng vi sinh vật có khả năng phân giải keratin từ lông gà và chứng minh thành công khả năng kích thích tăng trưởng thực vật của dịch thủy phân lông gà đã gợi ý cho chúng tôi một điều rằng, lông gà thải nếu được xử lí phù hợp có thể tạo ra phân bón hữu cơ sinh học có giá trị, góp phần làm đa dạng nguồn phân bón hữu cơ hiện có”, TS. Tạ Ngọc Ly gợi mở. Theo anh, hiện tại vẫn chưa có nghiên cứu nào về sản xuất phân bón sinh học từ lông gà thải cũng như chưa có sản phẩm phân bón sinh học từ lông gà trên thị trường. Vì vậy, việc tiến hành nghiên cứu sản xuất phân hữu cơ sinh học từ lông gà thải nhằm ngăn ngừa ô nhiễm trong hoạt động giết mổ gia cầm sẽ là một hướng đi đầy tiềm năng.

Khi quyết định tiến hành nghiên cứu sâu hơn, nhóm của TS. Tạ Ngọc Ly đã vấp phải khó khăn từ chính những người thụ hưởng kết quả của nghiên cứu. “Chúng tôi xác định hai mục tiêu thụ hưởng chính, đó là người giết mổ gia cầm và người nông dân cần phân bón hữu cơ cho cây trồng. Tuy nhiên, khi đến làm việc với hộ bán gia cầm ở chợ Hòa Khánh thì những gì diễn ra khác với điều chúng tôi hình dung. Ban đầu, họ không hợp tác vì không hiểu mục đích của chúng tôi, phải đến khi mình giải thích thì họ mới tích cực hỗ trợ nhóm thu gom lông gà trong quá trình giết mổ”, TS. Ly nhớ lại. Chất thải giết mổ gia cầm ở Việt Nam có đặc điểm là nhiều tạp chất như nội tạng, phân, máu.. nên rất khó xử lý, việc tìm đến thu gom từ nguồn sẽ giúp tiết kiệm công đoạn xử lý hỗn hợp này.

Khi đã có được nguyên liệu, nhóm tiến hành lựa chọn cơ chất phù hợp với quá trình ủ lên men lông gà gồm cám gạo, tro trấu, mùn dừa, bột mì, bột ngô…Tiếp đó, nhóm tiến hành tối ưu hóa hoạt động ủ phân này với hai thông số là lượng vôi bổ sung và độ ẩm. Lượng vôi bổ sung vào sẽ giúp điều chỉnh pH của khối ủ và giúp diệt một phần vi sinh vật có hại trong lông gà.

Để ủ lông gà, TS. Ly và các đồng nghiệp đã thiết kế một chiếc thùng kết hợp trống xoay với lưới sàng, trống được cố định trong một khung và bên dưới có một lưới. Nhóm sẽ tạo một lớp đệm nuôi cấy vi sinh vật là Bacilus subtilis và Streptomyces sp, hai chủng có hoạt lực keratinase cao mà nhóm đã rút ra được từ nghiên cứu trước đó. “Chúng tôi đưa chủng vi sinh vật vào trống xoay ủ trước trong khoảng ba đến bốn ngày cho hệ vi sinh vật phát triển ổn định. Sau đó, chúng tôi bổ sung lông gà vào trong trống và định kỳ từ hai đến ba ngày sẽ dùng tay xoay cho trống quay đảo trộn”, anh mô tả. Sau năm ngày ủ, nấm mốc phát triển rất mạnh, đặc kín phân, nhiệt độ khối ủ rất cao. Sau 14 ngày, phần cánh lông đã phân hủy, còn lại phần ống lông. Sau 14 ngày, hầu hết lông đã phân hủy, nhóm nghiên cứu thu được sản phẩm là phân hữu cơ sinh học đen sậm, mịn, hơi dính ướt hơn so với phân bón thông thường.

Nhờ đã nghiên cứu từ trước chủng vi sinh vật có khả năng có hoạt tính phân giải lông gà cao mà lông gà phân hủy nhanh hơn, không có mùi hôi thối. Cuối cùng, sau khoảng 20 ngày, quá trình ủ phân đã hoàn thiện. Phân sẽ đi qua lưới sàng, phần nào lọt qua lưới sàng xuống phía dưới thì phần đó đã phân hủy và có thể thu thập, sử dụng vào việc bón cây. Những phần còn lại nằm ở trên lưới thì nhóm nghiên cứu sẽ bỏ lại vào thùng để nó tiếp tục lên men.

Để tối ưu hóa quá trình ủ trộn, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm với nhiều công thức khác nhau và nhận thấy tỷ lệ cám gạo 20%, tro trấu 5%, mùn dừa 25%, lông gà 50% đạt được hiệu quả xử lý cao nhất - thể hiện qua hai chỉ tiêu là nhiệt độ ủ phân ở thời điểm từ bốn đến năm ngày đạt gần 60 độ, khối lượng lông gà trong quá trình ủ còn lại rất thấp, dưới 5%. Công thức này còn cho hàm lượng carbon nitro phù hợp với chỉ tiêu chất lượng của phân bón tiêu chuẩn Việt Nam, cũng như cho hàm lượng vi sinh vật cao nhất. “Chúng tôi đã loại bột mì, bột ngô ra khỏi công thức. Dù hai loại bột này có thể giúp bổ sung nguồn carbon, nhưng giá thành của chúng lại quá cao. Thời gian tới chúng tôi dự định sẽ phối trộn với bã thải trồng nấm, mùn cưa, bông thải hoặc sinh khối rau củ quả hư hỏng thu tại chợ để làm phân, chúng sẽ giúp giảm chi phí sản xuất”, TS Ly giải thích.

Để tìm hiểu hiệu quả sử dụng trên một số loại cây trồng thông dụng, nhóm đã lựa chọn khảo sát trên cây cải. Kết quả cho thấy, so sánh với nhóm đối chứng là cây không bón phân và cây bón phân sinh học mua trên thị trường thì phân sản xuất từ lông gà thải có thấy lượng chiều cao, số lá, chiều dài rễ tốt hơn hẳn, tương đương gấp 1,6 lần so với không bón phân và 1,2 lần so với phân đối chứng và tăng năng suất thực tế của sản lượng cây trồng lên 30 đến 50%.

Với công thức ủ lông gà thải tối ưu, quy trình đơn giản và nhanh, không tạo mùi hôi, chất lượng phân ủ tốt, TS. Ly cho biết anh mong kết quả nghiên cứu “sẽ được chuyển giao cho các hộ nông dân hoặc các hợp tác xã sản xuất ở quy mô lớn hơn”. Dù vậy, nhóm nghiên cứu sẽ phải nỗ lực rất nhiều, bởi “người nông dân có phần hoài nghi với ý tưởng mà chúng tôi đặt ra, chúng tôi vẫn đang tiến hành thử nghiệm trên quy mô đồng ruộng để họ có thể ‘mắt thấy, tai nghe’ những gì chúng tôi làm, đồng thời tính toán chi phí sản xuất tối ưu nhất - dù với việc tận dụng nguồn nguyên liệu như lông gà, bã thải thì giá thành vốn đã thấp rồi”, TS Ly cho biết.

Và cuối cùng, quay trở lại với mục tiêu ban đầu của mình, anh cho rằng “phân từ lông gà cũng rất thích hợp cho cây quất cảnh, nên tôi cũng muốn giới thiệu cho những người trồng quất ở gần nhà tôi nữa”, anh hào hứng chia sẻ.