Phân lập và tuyển họn các chủng vi khuẩn có hoạt tính sinh học nhằm tạo chế phẩm sinh học xử lý môi trường nuôi tôm

Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI--- TRẦN DŨNG SỸPHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN CÁC CHỦNG VI KHUẨNCÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC NHẰM TẠO CHẾ PHẨM SINH HỌC XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG NU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

TRẦN DŨNG SỸ

PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN CÁC CHỦNG VI KHUẨN

CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC NHẰM TẠO CHẾ PHẨM SINH

HỌC XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG NUÔI TÔM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Hà Nội Năm 2018 –

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204937001000000

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

TRẦN DŨNG SỸ

PHÂN LẬP VÀ TUYỂN CHỌN CÁC CHỦNG VI KHUẨN

CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC NHẰM TẠO CHẾ PHẨM SINH HỌC XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG NUÔI TÔM

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS KHUẤT HỮU THANH

Hà Nội Năm 2018 –

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, luận văn này là kết quả nghiên cứu và làm việc của tôi, các nội dung nghiên cứu kết quả trình bày trong luận văn là trung thực, rõ ràng Nếu có bất

kỳ vấn đề gì xảy ra tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, tháng 4 năm 201 8

Tác giả luận văn

Trần Dũng Sỹ

i

Trong thời gian học tập tại trường tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo thuộc Viện Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện, quan tâm, động viên và góp ý cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng năm 201 4 8 Học viên

Trần Dũng Sỹ

ii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Tình hình nuôi tôm và thực trạng xử lý môi trường nuôi tôm 4

1.1.1 Tình hình nuôi tôm của Thế giới và Việt Nam 4

1.1.2 Thực trạng và giải pháp xử lý môi trường nuôi tôm 8

1.2 Thực trạng nghiên cứu và sử dụng các biện pháp sinh học trong nuôi tôm của Thế giới và Việt Nam 14

1.2.1 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật trong nuôi trồng thủy sản trên thế giới 14

1.2.2 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật trong nuôi tôm nước lợ ở Việt Nam 16

1.3 Chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản 17

1.3.1 Định nghĩa chế phẩm sinh học 17

1.3.2 Các loại chế phẩm sinh học có hoạt tính sinh học 18

1.3.3 Một số yếu tố công nghệ trong tạo chế phẩm sinh học 20

1.3.3.1 Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy 21

1.3.3.2 Quá trình lên men vi sinh vật 23

1.3.3.3 Chất mang trong chế phẩm sinh học 24

1.3.3.4 Kỹ thuật sấy chế phẩm sinh học probiotic 25

1.3.4 Các nhóm vi sinh vật chủ yếu được sử dụng trong tạo chế phẩm sinh học 27

1.3.4.1 Vi khuẩn lactic 28

1.3.4.2 Vi khuẩn Bacillus 30

1.3.4.3 Vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter 31

CHƯƠNG II VẬT LIỆU VÀ PHUƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.1 Vật liệu 32

2.2 Hóa chất – môi trường 32

iii

2.2.1 Môi trường nghiên cứu các chủng vi khuẩn lactic 32

2.2.2 Môi trường nhân giống các chủng vi khuẩn Bacillus 32

2.2.3 Môi trường nhân giống các chủng vi khuẩn phân hủy các hợp chất chứa nitơ 32

2.3 Thiết bị 33

2.4 Phương pháp nghiên cứu 33

2.4.1 Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn lactic và các chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus có hoạt tínhcao 33

2.4.2 Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật phân hủy nitơ 34

2.4.3 Định tên các chủng vi khuẩn bằng kỹ thuật phân tử 35

2.4.4 Phương pháp nuôi cấy thu sinh khối 35

2.4.5 Xác định khả năng sinh trưởng bằng chỉ số mật độ quang – OD 620 36

2.4.6 Phương pháp tạo chế phẩm sinh học 36

2.4.7 Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện sấy chế phẩm 36

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Phân lập và tuyển chọn chủng vi sinh vật có hoạt tính sinh học 37

3.1.1 Tuyển chọn các chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus có hoạt tính cao 37

3.1.2 Tuyển chọn các chủng vi khuẩn lactic có hoạt tínhcao 40

3.1.3 Tuyển chọn các chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy hợp chất nitơ 43

3.2 Định tên đến loài các chủng vi sinh vật đã tuyển chọn 46

3.2.1 Định tên đến loài các chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus 46

3.2.2 Định tên đến loài các chủng vi khuẩn lactic đã tuyển chọn 47

3.2.3 Định tên đến loài các chủng vi khuẩn phân hủy các hợp chất chứa nitơ đã tuyển chọn 47

3.3 Nghiên cứu điều kiện lên men (nhiệt độ, pH, oxy, dinh dưỡng) trong sản xuất chế phẩm sinh học quy mô thí nghiệm 48

3.3.1 Nghiên cứu điều kiện nhiệt độ, pH thích hợp nhân giống các chủng vi khuẩn lactic 48

3.3.2 Nghiên cứu điều kiện nhiệt độ, pH thích hợp nhân giống các chủng vi khuẩn Bacillus 50

iv

3.3.3 Nghiên cứu điều kiện nhiệt độ, pH thích hợp nhân giống các chủng vi

khuẩn phân hủy nitơ 52

3.4 Nghiên cứu xác định các yếu tố kỹ thuật thu hồi và bảo quản chế phẩm vi sinh 54

3.4.1 Thu sinh khối bằng thiết bị ly tâm liên tục 54

3.4.2 Nghiên cứu lựa chọn chất mang để tạo chế phẩm vi sinh 55

3.4.3 Ảnh hưởng của kỹ thuật sấy đến chất lượng của chế phẩm vi sinh 56

3.4.4 Kiểm tra số lượng tế bào sống sót của chế phẩm sau bảo quản 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC 67

v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD (Biochemical oxygen demand) Nhu cầu oxy sinh học

COD (Chemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy hóa học

CFU (Colony forming unit) Đơn vị khuẩn lạc

DO (Demand oxygen) Nồng độ oxy hòa tan

MRS (de Man, Rogosa and Sharpe) Môi trường dinh dưỡng MRS

NB (Nutrien Broth) Môi trường dinh dưỡng lỏngPCR (Polymerase Chain Reaction) Phản ứng khuếch đại gen

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Dự báo tình hình nuôi tôm trên thế giới 4

Bảng 1.2 Các thông số thích hợp cho nuôi tôm nước lợ 11

Bảng 2.1 Các thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: 33

Bảng 3.1 Hoạt tính enzym của một số chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus 38

Bảng 3.2 Khả năng ức chế vi khuẩn gây bệnh tôm của các chủng VK thuộc chi Bacillus 39

Bảng 3.3 Một số chủng vi khuẩn lactic có hoạt tính enzym cao 41

Bảng 3.4 Khả năng đối kháng một số chủng vi khuẩn gây bệnh tôm của các chủng vi khuẩn lactic tuyển chọn 42

Bảng 3.5 Đặc điểm khuẩn lạc các chủng vi khuẩn nitrit hóa 43

Bảng 3.6 Khả năng nitrat hóa của các chủng vi sinh vật 45

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh trưởng của các chủng vi khuẩn lactic 48

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của pH ban đầu đến khả năng sinh trưởng của các chủng vi khuẩn lactic 50

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh trưởng của các chủng vi khuẩn Bacillus 51

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của pH ban đầu đến khả năng sinh trưởng của các chủng vi khuẩn Bacillus 52

Bảng 3.11 Lượng tế bào sót sau ly tâm ở các tốc độ khác nhau 55

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của thành phần chất mang đến khả năng sống sót của tế bào trong chế phẩm sau sấy 56

Bảng 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến khả năng sống sót của tế bào trong chế phẩm sau khi sấy 57

Bảng 3.14 Ảnh hưởng của thời gian sấy đến khả năng sống sót của tế bào trong chế phẩm vi khuẩn lactic sau khi sấy 58

Bảng 3.15 Ảnh hưởng của thời gian sấy đến khả năng sống sót của tế bào trong chế phẩm vi khuẩn Bacillus 59

Bảng 3.16 Đánh giá chất lượng chế phẩm vi sinh sau bảo quản 60

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sản lượng khai thác và nuôi trồng thủy sản của Việt Nam từ 1995-2016 5

Hình 1.2 Diện tích nuôi tôm bị thiệt hại một số tỉnh thành năm 2011 13

Hình 3.1 Ảnh khuẩn lạc chủng vi khuẩn kí hiệu DB 06 37

Hình 3.2 Hoạt tính protease của một số chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus 38

Hình 3.3 Hoạt tính Cellulose của một số chủng vi khuẩn thuộc chi Bacillus 39

Hình 3.4 Hoạt tính kháng vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus của các chủng Bacillus 40

Hình 3.5 Khả năng đối kháng V parahaemolyticus của một số chủng VK lactic 42

Hình 3.6 Khả năng nitrit hoá của các chủng vi sinh vật phân lập được bằng phản ứng màu với thuốc thử Griess 44

Hình 3.7 Hoạt tính nitrit hoá của các chủng vi sinh vật DN1-DN8 44

Hình 3.8 Điện di đồ sản phẩm PCR nhân đoạn gen mã hóa 16S rRNA 46

Hình 3.9 Ảnh hưởng nhiệt độ đến sự sinh trưởng của chủng DW5 52

Hình 3.10 Ảnh hưởng pH đến sự sinh trưởng và phát triển của chủng VK DN1 53

viii

MỞ ĐẦU

Nuôi trồng thủy sản là một ngành kinh tế mũi nhọn của Việt Nam, trong đó nuôi tôm được xác định là một đối tượng chủ lực của ngành Năm 2016, giá trị xuất khuẩn tôm chạm ngưỡng 4 tỷ USD, định hướng đến năm 2030 của Chính phủ, giá trị xuất khẩu ngành tôm phấn đấu đạt 10 tỷ USD

Việc phát triển nghề nuôi tôm công nghiệp hiện nay bên cạnh những thành tựu mang lại thì cũng gây sức ép rất lớn đến môi trường nuôi, ước tính khoảng 70% lượng nitơ từ thức ăn thải vào môi trường qua sản phẩm bài tiết của tôm và thức ăn

dư thừa,…gây ô nhiễm môi trường Ngoài ra nghề nuôi tôm cũng đang gặp nhiều khó khăn do dịch bệnh bùng phát khắp nơi, giá thành cao, hiệu quả kinh tế thấp, chất lượng kém do dư lượng kháng sinh và hóa chất độc hại, việc phá vỡ quy hoạch, không nghiêm túc tuân thủ việc xử lý nước cấp, nước thải, xử lý bù thải Đồng n thời, trong quá trình nuôi sử dụng tràn lan hóa chất, thuốc, kháng sinh,…dẫn đến đất ao nuôi bị thoái hóa, mầm bệnh tồn dư trong môi trường lớn, xuất hiện nhiều chủng vi khuẩn kháng thuốc và bệnh dịch trong nghề nuôi tôm tăng mạnh làm ảnh , hưởng đến kinh tế thủy sản và hàng ngàn người lao động trong nghề nuôi tôm của Việt Nam

Trước thực trạng trên đã có nhiều giải pháp đưa ra để nghề nuôi tôm Việt Nam phát triển bền vững như giảm mật độ nuôi, kiểm soát chặt chẽ lượng thức ăn, nuôi tôm siêu thâm canh tuần hoàn nước, ứng dụng công nghệ sinh học,…Trong đó, giải pháp ứng dụng công nghệ sinh học sử dụng chế phẩm sinh học trong cải tạo ao,

xử lý nước cấp, xử lý nước trong quá trình nuôi, xử lý nước thải, xử lý chất thải là giải pháp có tính hiệu quả cao nhất, khi giải quyết được các vấn đề sau:

Tác dụng trong nước khi sử dụng chế phẩm sinh học sẽ kích thích sự phát triển các vi khuẩn có lợi, cạnh tranh môi trường sống, làm giảm số lượng vi khuẩn

có hại, ổn định môi trường ao nuôi, giúp chuyển hóa các chất hữu cơ như thức ăn

dư thừa, xác tảo, cặn bã thành chất vô cơ không độc cho tôm nuôi, chuyển hóa các

1

chất độc hại như NH3, NO2 thành các chất không độc góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước nuôi tôm và nền đáy ao nuôi.

Tác dụng trong ruột tôm khi sử dụng chế phẩm sinh học sẽ kích thích vi khuẩn có lợi phát triển, cạnh tranh để giảm dần số lượng vi khuẩn gây bệnh đường ruột cho tôm cá Tham gia quá trình biến dưỡng tạo vitamin, chuyển hóa các chất dinh dưỡng từ thức ăn cung cấp năng lượng cho tôm Tiết ra một số chất kháng sinh, enzyme hay hóa chất kìm hãm hay tiêu diệt mầm bệnh, nâng cao sức khỏe và sức đề kháng cho tôm nuôi Kích thích quá trình bắt mồi và chuyển hóa thức ăn, nâng cao hiệu quả sử dụng thức ăn

Ứng dụng trong chế phẩm sinh học trong nuôi tôm hiện nay được coi là một giải pháp tất yếu để ngành nuôi tôm công nghiệp tại nhiều nước trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng ổn định và phát triển bền vững, hạn chế việc lạm dụng hóa chất kháng sinh, gây phá vỡ mất cân bằng sinh thái và tác động xấu đến môi trường, chất lượng sản phẩm kém, tồn dư hóa chất, tạo nên rào cản trong việc xuất khẩu tôm ra thị trường thế giới, góp phần nâng cao hình ảnh sản phẩm thủy sản chất lượng và an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng

Trên thế giới nhiều nghiên cứu sản xuất chế phẩm vi sinh đang được phát triển mạnh mẽ Tại thị trường Việt Nam có nhiều loại chế phẩm vi sinh với nhiều thương hiệu khác nhau Nhiều loại vi khuẩn, nấm men đã được phân lập, nuôi cấy

và bào chế dưới dạng chế phẩm vi sinh sử dụng trong nuôi tôm Tuy nhiên việc nghiên cứu hệ thống nhằm lựa chọn các chủng vi sinh vật tiềm năng có đặc tính sinh học thích hợp để tạo chế phẩm sinh học cho nuôi tôm còn ít, nên chúng tôi lựa

chọn đề tài “Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn có hoạt tính sinh học

nhằm tạo chế phẩm sinh học xử lý môi trường nuôi tôm” là điều hết sức cần

thiết và cấp bách trong tình hình hiện nay

Mục đích của đề tài: Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật hữu ích

có hoạt tính sinh học: Enzyme phân hủy chất hữu cơ khả năng kháng khuẩn, phân , hủy nitơ, để tạo chế phẩm sinh học có thể xử lý nước ao nuôi tôm trong quá trình

2

nuôi, làm tăng khả năng phòng bệnh, ngăn chặn ô nhiễm môi trường nước nuôi, xử

lý khí độc đáy ao nuôi tôm

Nội dung của đề tài:

i) Tuyển chọn được chủng vi khuẩn có hoạt tính sinh học (Enzyme phân hủy chất hữu cơ khả năng kháng khuẩn, phân hủy nitơ) để xử lý môi trường nuôi tôm;,

ii) Nghiên cứu một số điều kiện lên men (nhiệt độ, pH, dinh dưỡng) trong sản xuất chế phẩm sinh học quy mô thí nghiệm;

iii) Nghiên cứu điều kiện bảo quản chế phẩm sinh học, kiểm tra số lượng tế bào sống sót; hoạt tính của các chủng vi khuẩn probiotic trong chế phẩm

3

CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU I

1.1 T ình hình nuôi tôm và thực trạng xử lý môi trường nuôi tôm

1.1.1 Tình hình nuôi tôm của hế giới và Việt Nam T

1.1.1.1 Tình hình nuôi tôm của Thế giới

Theo ước tính của FAO, năm 201 tổng sản lượng tôm nuôi toàn cầu đạ3 t 3,25 triệu tấn, trong đó khu vực Đông Nam Á chiếm 36% lươṇg cung tôm toàn cầu, Trung Quốc chiếm 26%, Ấn Độ chiếm 12%, các quốc gia khác chiếm 26% tổng lượng cung tôm nuôi toàn cầu Bình quân giai đoạn 1994-2013 tăng 8,26%/năm, dựbáo đến năm 2020 lượng cung tôm nuôi toàn cầu sẽ đạt 3,8 tri u tệ ấn Lượng tiêu th ụbình quân đầu người tôm nuôi đạt kho ng trên 50 gram/ ả ngườ năm, dựi/ kiến đến năm 2020, lượng tiêu th ụ tăng lên 80 gram/người/năm

Năm 2015, ước tính c a kho ng 8 qu c gia, khu v c có lư ng cung c p tôm ủ ả ố ự ợ ấ

lớn nhất thế giới, trong đó nổi bật là Ấn Độ, Việt Nam đứng v ở ị trí thứ 5 và sẽcung c p cho thấ ị trường tôm thế giới kho ng 294 nghìn tả ấn vào năm 2020 và kho ng 393 nghìn tả ấn vào năm 2030

Bảng 1 Dự.1 báo tình hình nuôi tôm trên th gi i ế ớ

Planing to 2030

4

Các thị trường tiêu thụ tôm chủ yếu trên thế giới gồm có EU khoảng hơn 900 nghìn tấn, Mỹ (khoảng 577 nghìn tấn tôm các loại), Nhật Bản (khoảng hơn 400 tấn), Thái Lan,….Dự báo trong thời gian tới, quốc gia nào sản xuất tôm có chất lượng, không chứa hóa chất, kháng sinh và có giá thành thấp sẽ chiếm lĩnh được thị phần lớn Ngược lại quốc gia nào không có lợi thế sẽ rất khó cạnh tranh với thị trường này

1.1.1.2 Tình hình nuôi tôm của Việt Nam

Từ năm 1995 đến nay, tỷ trọng sản lượng thủy sản nuôi ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong sản xuất của ngành Thủy sản Năm 2016, sản lượng thủy sản nuôi đạt 3,65 triệu tấn ; thủy sản khai thác tự nhiên đạt 3,076 triệu tấn Chi tiết xem hình 1

Hình 1.1 Sản lượng khai thác và nuôi trồng thủy sản của Việt Nam từ

1995-2016 Trong thủy sản nuôi, tôm nước lợ (tôm sú- Penaeus monodon, tôm thẻ chân trắng- Litopenaus vannamei) chiếm giá trị xuất khẩu cao nhất và năm 2016, đạt 3,1

tỷ USD, chiếm 45% trong tổng số 6.92 tỷ USD xuất khẩu thủy sản của toàn ngành

5

Đặc điểm ẩm thực của tôm nước lợ là không gây béo phì, không gây huyết

áp cao, dễ chế biến và là nguyên liệu ưa thích của các nhà hàng sang trọng, khách sạn cao cấp Tôm sú và tôm chân trắng là tôm nước ấm, chúng sinh trưởng tự nhiên

và được nuôi ở những nước có khí hậu nhiệt đới, gồm Đông Nam á (Việt Nam, Thái Lan, Malaisia, Indonesia, Myanmar…), Nam á (Ấn độ, Banglades…) và Nam Mỹ (Ecuador, Venezuela…) Nhập khẩu tôm nước ấm chủ yếu là các quốc gia có khí hậu lạnh Điều đó được thể hiện liên tục trong nhiều năm qua, các nước Mỹ, Nhật,

EU, Canada, Úc… đã nhập khẩu gần 90% sản lượng tôm xuất khẩu của Việt Nam Khi các Hiệp định hội nhập sâu kinh tế Việt Nam với thế giới có hiệu lực, thuế nhập khẩu các mặt hàng thủy sản sẽ giảm xuống rất thấp hoặc bằng “0” Tất cả những yếu tố trên cho thấy nhu cầu tiêu thụ tôm nước lợ, nhiệt đới nói chung và tôm nước

lợ của Việt Nam nói riêng là rất lớn

Trong thời gian gần đây, biến đổi khí hậu (nhiệt độ tăng, nước biển dâng, nước mặn xâm nhập sâu và kéo dài) đã gây bất lợi cho trồng trọt; nhưng lại là lợi thế phát triển cho nuôi trồng thủy sản nước lợ và nước mặn Hội nghị chuyên đề về tôm nước lợ tổ chức tại TP Bạc liêu ngày 6/02/2017, Thủ tướng Chính phủ đã yêu cầu đến năm 2025 phấn đấu đưa giá trị xuất khẩu tôm nước lợ lên 10 tỷ USD; Tiếp đến ngày 17/11/2017 Chính phủ đã ban hành Nghị quyết số 120/NQ CP về “Phát -triển bền vững đồng bằng sông Cửu Long thích ứng với biến đổi khí hậu” đã nêu: Chuyển hướng ưu tiên sản xuất từ “lúa - trái cây thủy sản” sang hủy sản- “t - trái cây - lúa”

Để thực hiện Nghị quyết về thích ứng với biến đổi khí hậu của Chính phủ với mục tiêu cụ thể là đạt được 10 tỷ USD xuất khẩu tôm nước lợ vào năm 2025, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã xây dựng kế hoạch phát triển sản xuất tôm nước lợ theo hướng bền vững Kế hoạch đã tập trung vào 3 hướng chính: i) Đổi mới công nghệ chế biến, nâng cao tỷ lệ sản phẩm có giá trị gia tăng; liên kết sản xuất theo chuỗi giá trị; gắn với xây dựng thương hiệu từng doanh nghiệp và thương hiệu quốc gia ii) Áp dụng tiến bộ kỹ thuật trong nuôi trồng thủy sản nhằm nâng cao năng suất và sản lượng tôm trên một đơn vị diện tích nuôi; đồng thời phát triển

6

thêm diện tích nuôi tương ứng với diện tích bị nước mặn xâm nhập theo phương châm “thích ứng với quy luật biến đổi khí hậu” đảm bảo sự phát triển hài hòa giữa thủy sản, cây ăn trái và lúa iii) Phát triển nuôi trồng và chế biến thủy sản gắn với bảo vệ môi trường và môi sinh, trong đó các biện pháp xử lý chất thải sinh ra trong quá trình nuôi trồng và chế biến thủy sản được quan tâm đặc biệt

Tóm lại, nhu cầu của thị trường về tôm nhiệt đới (tôm sú và tôm chân trắng) của thế giới ở thời điểm hiện tại và trong tương lai là rất lớn; để tận dụng lợi thế này, Chính phủ chủ trương đẩy mạnh nuôi, chế biến và xuất khẩu tôm nước lợ là hoàn toàn đúng đắn và khả thi

Ngành nuôi tôm nước lợ chiếm vị trí đặc biệt quan trong trong chiến lượcphát triển kinh tế ng nh thủy sản Việt Nam hơn 10 năm qua Cùng với quá trìnhàchuyển đổi cơ cấu cây trồng vật nuôi v chuyển đổi đất nông nghiệp, đất là àm muối năng suất thấp sang nuôi tôm ở các tỉnh ven biển, nhờ vậy mà ngành tôm có sự tăng trưởng vượt bậc cả về diện tích, sản lượng va giá trị xuất khẩu Cụ thể: (i) Về diện tích nuôi tôm nước lợ năm 2014 đạt 699.725 ha tăng gấp 1,13 lần so với năm 2010, , bình quân tăng 3,12%/năm Trong đó, diện tích nuôi tôm S đạt 604.130ha giảm ú , 1,2% so với năm 2010, bình quân giảm 0,3%/năm; diện tích nuôi tôm Thẻ chân trắng đạt 95.594 ha tăng gấp 13,04 lần so với năm 2010, bình quân tăng , 90,03%/năm (ii) về sản lượng nuôi tôm nước lợ năm 2014 đạt khoảng 661.074 tấn, tăng 1,5 lần so với năm 2010, bình quân tăng 10,59%/năm Trong đó, sản lượng tôm Sú đạt 269.711 tấn, giảm 16,79% so với năm 2010, bình quân giảm4,49%/năm; sản lượng tôm Thẻ chân trắng đạt 391.363 tấn, tăng gấp 3,32 lần so với năm 2010, bình quân tăng 35%/năm (iii) về kim ngạch xuất khẩu tôm năm 2014 đạt 3.952,9 triệu USD chiếm 50,45% tổng kim ngạch xuất khẩu thủy sản toan quốc, tăng gấp 1,56 lần so với năm 2010, bình quân tăng trưởng 17,04%/năm (2010-2014) Trong đó, mặt hàng tôm Sú đạt 1.385,5 triệu USD chiếm 35,05%, mặt hàng tôm Thẻ chân trắng đạt 2.310,5 triệu USD chiếm 58,45% (iv) Giải quyết việc làm cho khoảng trên 1,5 triệu người

7

Cả nước có khoảng 160 doanh nghiệp tham gia chế biến, xuất khẩu tôm, tập trung chủ yếu ở Miền Trung, Nam Trung Bộ (Khánh Hòa, Phú Yên, Ninh Thuận,

Bà Rịa Vũng Tàu…), Đồng Bằng Sông Cửu Long (Long An, Tiền Giang, Bến – Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Cà Mau, Kiên Giang), với tổng công suất chế biến đạt gần 1 triệu tấn sản phẩm/năm

Năm 2016, Việt Nam xuất khẩu tôm sang 93 thị trường, với tổng giá trị đạt gần 3,1 tỷ USD, một số thị trường chủ lực của tôm Việt Nam là: Mỹ, EU, Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, ASEAN, Australia, Brazil, Mexico

Tuy nhiên việcnuôi tôm nước lợ ở Việt Nam vẫn còn gặp nhiều thách thức,

do quy hoạch bị phá vỡ, môi trường bị ô nhiễm hữu cơ và mầm bệnh ngày càng tăng cao Các vùng nuôi quy mô nhỏ không còn khả năng xử lý hiệu quả nước cấp; nước thải và bùn Tần suất các bệnh đã biết tăng, bệnh lạ phát sinh, ngày càng phát triển mạnh, lan rộng trong cả nước

1.1.2 Thực trạng và giải pháp xử lý môi trường nuôi tôm

1.1.2.1 Ô nhiễm nguồ n nư ớc trong nuôi tôm:

Kinh tế đất nước ngày càng phát triển, các nhà máy, khu du lịch, bệnh viện, khu đô thị, trang trại chăn nuôi và trồng trọt tập trung,… được xây dựng ngày càng nhiều Mặt trái của sự phát triển này là khối lượng chất thải ngày càng lớn và mức

độ độc hại ngày càng cao, nếu không được xử lý đáp ứng yêu cầu trước khi thải ra môi trường thì đối tượng luôn phải gánh chịu hậu quả nặng nề sẽ là nguồn nước và động, thực vật sống trong nước Đã có không ít trường hợp cá, tôm tự nhiên (thậm chí toàn bộ hệ động, thực vật thủy sinh) và cá, tôm nuôi bị chết hàng loạt do chất độc có trong các loại chất thải nhiễm vào nguồn nước gây ra

Năm 2016, tổng diện tích nuôi tôm nước lợ của cả nước là 695.000 ha, sản lượng là 650.000 tấn Nghề nuôi tôm nước lợ phân bố ở tất cả các tỉnh ven biển từ Bắc vào Nam, tập trung nhất là các tỉnh đồng bằng sông Cửu long Trong tổng số 695.000 ha nuôi tôm, có khoảng 15% (tương đương 100.000 ha) tập trung chủ yếu ở

Cà Mau là nuôi tôm quảng canh, quảng canh cải tiến (hình thức nuôi hở, không cho ăn) lượng bùn thải từ tôm nuôi không lớn và chất lượng bùn khá tốt; Khoảng

8

595.000 ha còn lại là nuôi tôm thâm canh (hình thức nuôi kín, mật độ cao, cho ăn và trị bệnh) lượng chất thải rất lớn (ước tính khoảng 50 đến 60 triệu tấn/năm) và có mức độ độc hại rất cao vì chất thải trong nước thải và bùn thải nuôi tôm có lượng hữu cơ chưa phân hủy với hàm lượng khí độc nhiều, cùng với dư lượng các loại hóa chất, kháng sinh, các loại vi sinh vật gây bệnh cho thủy sản tự nhiên khá lớn

Chất thải trong nuôi tôm, nếu không được xử lý mà thải thẳng ra môi trường, sẽ gây ô nhiễm khu dân cư, khu du lịch, khu canh tác nông nghiệp và trực tiếp gây hại cho thủy sản tự nhiên và thủy sản nuôi Hậu quả là năng suất, sản lượng

và chất lượng tôm nuôi sẽ giảm; người nuôi thua lỗ và việc thực hiện mục tiêu 10 tỷ USD xuất khẩu tôm vào năm 2025 sẽ gặp nhiều khó khăn

1.2.2.2 Các chỉ số đánh giá nước nuôi tôm

Nhiệt độ : Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động sống của tôm, đặc biệt

là ảnh hưởng tới khả năng bắt mồi của tôm Nhiệt độ thích nghi cho tôm là 18 –

30oC và thích hợp nhất là 23 – 30oC Ngoài ra nhiệt độ còn là điều kiện quan trọng cho các quá trình sinh học, hóa học, lý học diễn ra trong ao nuôi

Độ mặn: Độ mặn phụ thuộc vào từng loại tôm Với tôm sú độ mặn ao nuôi

thích hợp khoảng 15 35‰, tôm thẻ chân trắng 10 - – 25‰ Riêng tôm càng xanh thì nuôi nước ngọt từ giai đoạn tôm bột đến trưởng thành Độ mặn giảm dần trong mùa mưa nhưng phần lớn dao động trong khoảng cho phép từ 15 - 20‰

Độ pH: Độ pH c a ủ nước ít khi nh h ng tr c ti p n s c ả ưở ự ế đế ứ khỏe c a tôm, vì ủ

nó thường dao động trong khoảng từ 6 đến 9, ngoại trừ đất mang tính axit Tuy nhiên pH lại ảnh hưởng đến tính độc của NH3 và H2S trong môi trường NH3 và H2S gây độc cho tôm nếu tồn tại ở dạng khí Trong khi H2S tồn tại dạng khí khi pH thấp thì NH3 tồn tại ở dạng khí khi pH cao Vì vậy ở pH trung bình 7,1-8,3 là phù hợp cho tôm và ít tạo khí độc nhất

Nồng độ oxy hòa tan (DO): Nồng độ oxy hòa tan rất cần thiết cho sự hô hấp

của tôm và sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí Nồng độ oxy hòa tan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: mức độ ô nhiễm của nước, hoạt động của vi sinh vật trong thế giới thủy sinh của ao nuôi, các quá trình sinh học, hóa học xảy ra trong ao Nước

9

trong ao nuôi càng ô nhiễm hữu cơ nặng thì các quá trình sinh hóa diễn ra càng nhiều đồng nghĩa với việc oxy được sử dụng nhiều để phân hủy các chất hữu cơ dẫn đến thiếu oxy trong nước gây cản trở việc hô hấp của tôm Chỉ số DO phù hợp nhất

là 5 – 8mg/l đảm bảo tôm phát triển tốt

Nhu cầu oxy sinh học (BOD) và oxy hóa học (COD): BOD là lượng oxy cần

thiết để oxy hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước nhờ các vi sinh vật hoại sinh hiếu khí Quá trình này còn gọi là quá trình oxy hóa sinh học COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hữu cơ trong nước thành CO2 và H2O bằng một chất oxy hóa mạnh và không có sự tham gia của vi sinh vật

Giá trị COD, và BOD càng cao thì nước càng ô nhiễm hữu cơ nặng, giá trị BOD thích hợp nhất trong khoảng 5 10mg/l và COD thích hợp: < 20mg/l.–

Ch BOD ng d n theo t i gian nuôi ỉ số tă ầ hờ đặc biệt ở nh ng tháng c i v ữ uố ụtôm và có thể ượv t quá nồn độg cho phép 10 mg/l, nguyên ân là dnh o ô iễnh m

NH3 cao (0,24 và 0,36 mg ) /l Cuố ụ nồi v ng NHđộ 3 tăng nh nh ng không nh ẹ ư ả

h ng n tômưở đế , nếu nồn độg NH3 đạt tiêu ch ẩu n cho phép nhỏ ơh n 0.1 mg/l

Thay đổi nitrogen t ng s trong môi ổ ố trường nước ao nuôi tôm: Nitơ trong nước nuôi tôm cũng thể hiện mức độ ô nhiễm của nước và có thể tồn tại ở dạng hợp chất hữu cơ, ammoniac, nitrit hay nitơ tự do Nếu nitơ tổng trong ao nuôi tồn tại chủ yếu ở dạng hữu cơ và ammoniac thì nước trong ao nuôi ô nhiễm giai đoạn đầu, nếu tồn tại chủ yếu là NO2- cao thì nước đang ở giai đoạn ô nhiễm nặng, nếu tồn tại chủ yếu dạng NO3- thì chứng tỏ giai đoạn phân hủy đã kết thúc

10

Ch ỉ số nitơ tổng trong ao nuôi thâm canh là t 0,720 ừ mg đế/l n 1,780 mg/l, cao h n ch ơ ỉ số Nitơ ổ t ng trong ao nuôi qu ng ả canh c tiải ến (0,630 mg/l-1,120 mg/l).Trong ao nuôi tôm, hỉ số Nitơ ổn tăc t g ng theo th i gian, ờ nguyên nhân là s ốlượng th c n c g ng theo cùng v i tr g lư ng và kích thước tôm Ô nh m N ứ ă ũn tă ớ ọn ợ iễlàm suy gi m n ng oxy hòa tan trong n c, gây ra hi n ả ồ độ ướ ệ tượng phú d ng nh ưỡ ả

h ng tưở rực ế đế ti p n tôm M t khác ặ Nitơ ũn cầ c g n cho sự phát tri ển của một số loài

tảo như zooplankton t thức n quan tr g c a tô mộ ă ọn ủ m

Hàm lượng phospho trong ao nuôi tôm: Hàm lượng phospho trong ao nuôi

cũng là yếu tố quan trọng vì nó là dinh dưỡng cho các loài tảo và thực vật dưới nước Nếu hàm lượng phospho tăng cao dẫn đễn sự phát triển mạnh của các loài tảo, thực vật dưới nước gây tắc thủy vực, đồng thời khi tảo chết đi gây ô nhiễm thứ cấp ảnh hưởng đến hàm lượng oxy hòa tan trong nước Nồng hợp chất phosphat độ(PO43-) a tan trong n c giao hò ướ độn ở ứg m c cho phé d i 0,1mg/l mà tiêu chu n p ( ướ ẩ

là 0,5 mg/l) Nồng phosphat t ng ng d theo th i gian độ ổ tă ần ờ nuôi tôm Nguyên nhân do phosphat t h t d n do phân h y th c n th a và là íc ụ ầ ủ ứ ă ừ các ất ảỉ ủ ch th c a tôm

Bảng 1.2 Các thông s ố thích hợp cho nuôi tôm nước lợ

Chỉ tiêu Giới hạn tối ưu Ghi chú

Nhiệt độ 23 – 30oC

Độ mặn 15 – 30‰ Dao động trong ngày < 5%

pH 7,5 – 8,5 Dao động trong ngày <0,5

DO 5 – 6mg/lít Không dưới 4mg/lít

Độ kiềm 80 – 130mg CaCO3/lít Phụ thuộc vào dao động pH

Độ trong 30 – 40cm Đo bằng đĩa sexco

H2S < 0.03mg/lít

NH3 <0,1mg/lít

11

1.1.2.3 Bệnh tôm do ô nhiễm môi trường

Thời gian qua, ở nước ta nuôi tôm công nghiệp trở thành một trong những ngành chủ lực, góp phần đáng kể trong chuyển dịch cơ cấu kinh tế nông nghiệp Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích kinh tế, nghề nuôi tôm phát triển đã gây ô nhiễm môi trường cục bộ tại các vùng nuôi, làm lây lan dịch bệnh ở tôm Ô nhiễm có nguyên nhân do nguồn nước cấp và tự ô nhiễm trong ao nuôi Mật độ nuôi càng lớn, lượng thức ăn sử dụng nhiều, môi trường ao nuôi càng giàu chất hữu cơ (thức ăn thừa, phế thải hữu cơ, vỏ tôm lột xác) thì nguy cơ gây ô nhiễm ao nuôi và lây lan dịch bệnh càng cao

Môi trường nuôi bị ô nhiễm, dẫn đến các bệnh ở tôm có nguồn gốc do vi khuẩn hoặc virus gây bệnh phát triển Nhóm vi khuẩn Vibrio là vi khuẩn gây bệnh tôm nuôi nguy hiểm nhất, các loài vi khuẩn V harveyi, V parahamoticus, V alginolyticus là tác nhân gây bệnh, gây chết hàng loạt ở tôm

Nhiều chủng vi khuẩn thuộc chi Aeromonas, Pseudomonas, Proteus gây bệnh chấm nâu, chấm đen ở tôm làm tôm chậm lớn, còi cọc Các loại virus WSSV gây bệnh đốm trắng, virus YHV gây bệnh đầu vàng, vius IHHNV gây hoại tử dưới

vỏ ở tôm gây thiệt hại rất lớn cho ngành nuôi tôm ở nước ta và trên thế giới Ngoài các nguyên nhân gây dịch bệnh do vi khuẩn và virus, có một số loại nấm sợi kí sinh, động vật nguyên sinh gây nên các bệnh còi cọc, chậm phát triển ở tôm nuôi

Dịch bệnh ở tôm nuôi được ghi nhận ở nước ta từ năm 1993 Từ năm 1994 –

1998 nhiều vùng nuôi tôm trong cả nước bị dịch bệnh, gây thiệt hại đáng kể cho nghề nuôi tôm Trong những năm gần đây, nuôi tôm nước lợ xuất khẩu ngày càng phát triển mạnh, nghề nuôi tôm đang có bước chuyển biến nhanh từ hình thức nuôi quảng canh sang nuôi tôm thâm canh Diện tích nuôi tôm phát triển mạnh, cùng với

sự kiểm soát môi trường ao nuôi không tốt, đã kéo theo sự lây lan dịch bệnh ngày càng nghiêm trọng Dịch bệnh đã làm cho diện tích tôm nuôi bị nhiễm bệnh tăng cao, hiện tượng tôm bị chết hàng loạt nhiều, làm giảm diện tích nuôi tôm

Trong các năm 2007 2009 do dịch bệnh, diện tích nuôi tôm giảm mạnh ở - nhiều tỉnh: Quảng Trị có hơn 50 ha tôm sú bị thiệt hại do dịch bệnh, Bến Tre 134 ha

12

diện tích nuôi tôm sú bị nhiễm bệnh Theo thống kê đến tháng 8/2011 cả nước có 66.593 ha (64.758 ha tôm sú và 1.835 ha tôm thẻ chân trắng) bị thiệt hại, tăng gấp 2,3 lần so với cùng thời điểm năm 2010 tập trung chủ yếu ở một số tỉnh ĐBSCL

Hình 1.2 Diện tích nuôi tôm bị thiệt hại một số tỉnh thành năm 2011

Dịch bệnh xảy ra mạnh từ tháng 2 đến đầu tháng 6/2011, tôm nuôi bị chết phổ biến ở giai đoạn từ 15 40 ngày tuổi-

Trong nuôi trồng thủy sản, vấn đề giảm thiểu ô nhiễm môi trường ao nuôi và hạn chế dịch bệnh có ý nghĩa quyết định hiệu quả kinh tế Nhằm khắc phục hiện tượng ô nhiễm môi trường, người dân sử dụng hóa chất khử trùng ao, sử dụng kháng sinh trong nuôi tôm một cách bừa bãi, gây hiện tượng dư lượng hóa chất và chất kháng sinh trong sản phẩm, giảm giá trị xuất khẩu Do nhiễm hóa chất có hại hoặc chất kháng sinh trong sản phẩm xuất khẩu, một số lô hàng tôm cá xuất khẩu bị trả lại hoặc tiêu hủy, gây thiệt hại lớn về kinh tế, ảnh hưởng lớn đến thu nhập và đời sống của người dân

Với mục đích hạn chế dịch bệnh, xử lý ô nhiễm môi trường nước nuôi tôm, đã có những nghiên cứu tạo ra các chế phẩm sinh học xử lý nước hồ ao nuôi trồng thủy sản Chế phẩm sinh học đã góp phần xử lý ô nhiễm môi trường nuôi trồng thủy sản, tăng khả năng sinh trưởng của tôm Nghiên cứu tạo chế

13

phẩm sinh học trong nước có hiệu quả cao, làm tăng sức đề kháng bệnh và tăng khả năng sinh trưởng của tôm, tăng năng suất thu hoạch tôm và môi trường bền vững là vấn đề cấp thiết đặt ra

Kết quả nghiên cứu và thực tiễn sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi tôm

sú thâm canh trong và ngoài nước, cho thấy sử dụng chế phẩm sinh học có ý nghĩa quan trọng trong nuôi tôm năng suất cao do: Chế phẩm sinh học có tác dụng kích thích hệ miễn dịch, tăng sức đề kháng với một số vi khuẩn gây bệnh, giảm sốc khi môi trường biến đổi cho tôm nuôi; giúp tôm hấp thụ thức ăn tốt, giảm hệ số tiêu tốn thức ăn; giảm độc tố trong ao nuôi xuống mức thấp nhất (NH3, H2S), giảm mùi hôi thối của nước; cạnh tranh thức ăn làm giảm lượng vi khuẩn có hại trong ao, phòng bệnh và giảm thiểu hiện tượng gây bệnh cho tôm

Hiện nay, với mục đích phát triển nông nghiệp bền vững, chế phẩm sinh học

đã được sử dụng nhiều trong nuôi trồng thủy sản sinh thái Chế phẩm sinh học có tác dụng điều chỉnh hệ vi sinh vật thủy sinh theo hướng hạn chế các vi sinh vật gây bệnh, tăng cường sự phân hủy các chất hữu cơ (do thức ăn thừa, do vật nuôi bài tiết,

do xác động vật thực vật chết bị thối rữa) góp phần giảm thiểu môi trường Sử dụng chế phẩm sinh học bổ sung vào thức ăn thủy sản có tác động cải thiện hệ số dinh dưỡng, làm tăng khả năng miễn dịch của vật nuôi với vi sinh vật gây bệnh Từ năm

1998, Sirirat Rengpipat và các cộng sự đã chứng minh việc bổ sung chủng vi khuẩn Bacillus S11 vào thức ăn nuôi tôm và tôm hùm có hiệu quả rất tốt Các chủng vi khuẩn Bacillus S11 có khả năng kháng lại các loài phẩy khuẩn gây bệnh chủ yếu ở tôm như V harveyi D311 và V Parahaemolyticus

1.2 Thực trạng nghiên cứu và sử dụng các biện pháp sinh học trong nuôi tôm của Thế giới và Việt Nam

1.2.1 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật trong nuôi trồng thủy sản trên thế giới

Trên thế giới với mục đích phát triển nông nghiệp bền vững, chế phẩm sinh học đã được sử dụng nhiều trong nuôi trồng thủy sản, với tác dụng điều chỉnh hệ vi sinh vật thủy sinh theo hướng hạn chế vi sinh vật gaay bệnh, tăng cường sự phân hủy các chất hữu cơ (do thức ăn thừa, do vật nuôi bài tiết, do xác động vật thực vật

14

bị thối rữa) góp phần giảm thiểu môi trường Ngoài ra sử dụng chế phẩm sinh học

bổ sung vào thức ăn thủy sản có tác động cải thiện hệ số dinh dưỡng, làm tăng khả năng miễn dịch của vật nuôi với vi sinh vật gây bệnh

Việc sử dụng chế phẩm sinh học bổ sung vào thức ăn chăn nuôi được áp dụng từ những năm 1970 và đến những năm 1980 thì bước đầu được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản Năm 1980 Yasudo và Taga có những công bố đầu tiên về sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản giúp tăng năng suất và kiểm soát dịch bệnh

Năm 1985 Bancheton bổ sung các chất hữu cơ giàu nitơ vào nguồn nước để làm giàu vi khuẩn nitrit hóa và thực vật phù du Những sinh vật này tạo thành những bông tụ là nguồn thức ăn bổ xung cho ấu trùng tôm

Theo nghiên cứu của Logan và Walter, việc bổ sung một số lượng nhất định

vi sinh vật thuộc các chủng Bacillus lentimorbus, Bacillus stearothermophilus vào

hồ nuôi thủy sản tập trung có tác dụng làm tăng sản lượng cá đến 25% Theo nghiên cứu của Foster, ông đã bổ sung chế phẩm vi khuẩn sống có vai trò phân hủy lượng bùn tích tụ dưới đáy đầm Nhờ vậy, từ một cái đầm chết đã được cải tạo lại thành đầm nuôi cá Chế phẩm vi khuẩn sử dụng ở đây có chứa Bacillus subtilis được sản xuất theo phương pháp lên men, sau đó tất cả dịch thể bao gồm vi sinh vật, các enzym, và các yếu tố khác của quá trình lên men được làm khô và nghiền nhỏ và bổ sung vào đầm

Năm 1991, Brierley đã công bố kết quả sử dụng vi sinh vật Bacillus subtilis (ATCC 6051) để thu hồi kim loại nặng làm ô nhiễm nguồn nước Ngoài ra, các loài

vi sinh vật khác cũng được thử khả năng hấp thụ kim loại như Escherichia coli, Micrococcus luteus, Thiobacillus ferrooxidans, Zoogloea ramigera, Aspergillus flavus, Cladosporium sp., Neurospora crassa, Rhizopus stolonifer, Saccharomyces uvarum, các loại tảo như Chlorella pyrenoidosa, Ulothrix sp Nhưng khả năng hấp thụ kim loại của chúng không bằng chủng B subtilis nghiên cứu

15

Năm 1996, Boyd đã công bố thử nghiệm thành công chế phẩm vi sinh gồm

các chủng Bacillus subtilis, Nitrobacter, Pseudomonas, Aerobacter, Cellumonas và Rhodopseudomonas Chế phẩm này đã giúp hồ nuôi không có mùi hôi, giảm lượng tảo lam, giảm lượng nitrat, nitrit, và amoni, đồng thời nồng độ phospho hạ, nồng độ oxy hòa tan tăng, tốc độ phân giải các chất hữu cơ tăng Điều này làm cho việc nuôi trồng hải sản được cải thiện

Tại ấn Độ, chế phẩm Super PS và Super NB đang được đánh giá là hiệu quả hơn cả với vùng sinh thái và nuôi trồng thuỷ sản ở đây Super PS bao gồm 2 chủng Rhodobacter và Rhodococus với nồng độ khoảng 109 CFU/ml, có tác dụng sử dụng

H2S, ổn định pH của nước phân huỷ sinh học lắng cặn bùn và làm gia tăng quần xã

vi sinh vật hữu ích Còn Super NB bao gồm các chủng Bacillus, Pseudomonas, Nitrobacter cũng với nồng độ 109 CFU/ml, có tác dụng sử dụng amon và nitrit trong nước, làm giảm các tác nhân gây stress ở tôm và tăng sức đề kháng cho tôm

1.2.2 Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật tron g nuôi tôm nước lợ ở Việt Nam

Trong những năm gần đây, để giảm thiểu những bất lợi do sử dụng hóa chất trong nuôi trồng thủy sản, việc nghiên cứu và sử dụng các chế phẩm sinh học trong quá trình nuôi tôm ở nước ta đang phát triển mạnh

Hiện có khoảng trên 300 thương hiệu chế phẩm sinh học và vitamin phục vụ nuôi trồng thủy sản đang bán trên thị trường nước ta Đa số các chế phẩm sinh học

có nguồn gốc nhập ngoại và một số chế phẩm được sản xuất trong nước nhưng phần lớn các chế phẩm này chưa được công bố rõ nguồn gốc xuất xứ và hiệu quả Cho đến nay chưa có nghiên cứu nào đánh giá việc sử dụng các chủng vi sinh vật ngoại nhập có phù hợp với điều kiện khí hậu của Việt Nam hay không? Có làm ảnh hưởng đến sự bền vững của hệ sinh thái và môi trường không Một số chế phẩm sinh học

có nguồn gốc từ nước ngoài nhập nội đang có mặt trên thị trường nước ta, được người dân sử dụng trong nuôi tôm cá như: Pond-Clean TN, Zyme biotic, Super -VSV, Bio-enzyme, Bacter Gold, Clean-up, Microzym

Trong nước đã có một số đơn vị nghiên cứu, sản xuất các chế phẩm sinh học, chế phẩm probiotic phục vụ nuôi trồng thủy sản như: Chế phẩm sinh học Biochie

16

(Viện Công nghệ sinh học) Chế phẩm Bio II, VEM (Viện Sinh học nhiệt đới) Chế ; ; phẩm sinh học BI0 TS3 (Viện CNSH & CNTP, Đại học Bách Khoa Hà Nội) Chế – ; phẩm sinh học probiotic (Công ty Cổ phần Dược và vật tư thú ý -HanVet)

Hiện nay, nghiên cứu để ản xuất chế phẩm probiotic dùng trong chăn nuôi s

và nuôi tr ng thồ ủy sản, giúp cho v t nuôi tiêu hóa tậ ốt hơn, giảm tỷ ệ ị ệ l b b nh và góp

phần cải thiện môi trường đang được đẩy mạnh nhiở ều nước trên thế ớ Ở gi i Vi t ệNam nghiên c u vứ ề ệ vi c sử ụ d ng các chế phẩm sinh h c probiotic trong nuôi trọ ồng

thủy sản còn ít Ngoài một số ít chế phẩm sinh học được sản xuất trên cở ở các đề s tài nghiên c u (Bio II, BioFứ ), mộ ốt s ch phế ẩm sinh học khác do các công ty tư nhân s n xuả ất, chưa được kiểm tra đánh giá đang được bán phổ ế ở bi n nhiều vùng nuôi tôm, cá Nhi u chề ế phẩm sinh học sản xu t theo cách tr n chấ ộ ế ph m nư c ẩ ớngoài với các chất độn, m t sộ ố ch ph m còn trộế ẩ n thêm ch t kháng sinh, ch t kích ấ ấthích sinh trưởng ho c có ch a vi sinh v t có h i ặ ứ ậ ạ

Trong những năm gần đây Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, BộKhoa h c và Công ngh , Bọ ệ ộ Tài nguyên và Môi trường đã cho phép thực hiện một

s ố đề tài nghiên cứu nhằm xây dựng cơ sở khoa học, để có thể ạo được các chế tphẩm sinh học probiotic hữu hiệu phù hợp với điều kiện khí hậu của Việt Nam,

phục vụ nuôi tr ng thồ ủy sản và x ử lý môi trường

1.3 Chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản

1.3.1 Định nghĩa chế phẩm sinh học

Chế phẩm sinh học là các sản phẩm có nguồn gốc sinh vật, kể cả vi sinh vật, các thực liệu lấy từ nấm, vi trùng, vi rút và các nguyên sinh, độc tố, nọc độc từ nguồn động vật hoặc thực vật gây hại cho động vật để chẩn đoán, phòng bệnh, chữa bệnh cho thủy sản nuôi trồng và xử lý môi trường nước NTTS” (Theo QĐ 18/2002/QĐ-BTS)

Chế phẩm sinh học đã được ứng dụng nhiều trong nuôi tôm, dùng để xử lý môi trường và biến đổi các chất hữu cơ trong ao nuôi dưới vai trò biến đổi quan trọng của vi khuẩn nằm trong chuỗi thức ăn thủy sản

Vai trò và cơ chế tác động của CPSH trong NTTS

17

- Tiết ra các hợp chất ức chế chống lại vi khuẩn gây bệnh

- Cạnh tranh dinh dưỡng và năng lượng với vi khuẩn có hại

- Cạnh tranh nơi cư trú với vi khuẩn có hại

- Tương tác với thực vật thủy sản

- Cải thiện chất lượng nước: Làm giảm NH3 ; Làm giảm tảo; Làm giảm tác nhân gây bệnh cho vật nuôi

+ Cải thiện phản ứng miễn dịch của vật nuôi do nồng độ kháng thể gia tăng

và tăng số lượng đại thực bào

+ Phân hủy các chất hữu cơ có từ thức ăn dư thừa, các chất bài tiết của tôm

cá và có thể ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh trong ao nuôi, giúp giảm

ô nhiễm đáy ao

1.3.2 Cá c loại chế phẩm sinh học có hoạt tính sinh học

Chế phẩm sinh học có hoạt tính sinh học là những chế phẩm tạo nên từ các chủng vi sinh vật sống và các chất mang phù hợp Chế phẩm sinh học có tác dụng cân bằng hệ vi khuẩn đường ruột, kích thích hệ thống miễn dịch và có tác dụng hữu ích cho động vật chủ

Thuật ngữ được sử dụng lần đầu tiên năm 1965 bởi Lilley và Stillwell, mô tả những chất tiết ra từ vi sinh vật có khả năng kích thích sự phát triển của vi sinh vật khác Theo Fuller (1989): probiotic hay vi sinh vật probiotic là các vi sinh vật sống,

bổ sung vào thức ăn làm cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột và có tác dụng tốt đến sức khỏe vật chủ

Cùng với thuật ngữ probiotic, thuật ngữ prebiotic được khái quát: gồm các chất và hợp chất tạo môi trường thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật có lợi, ức

18

chế vi sinh vật có hại Prebiotic là nguồn thức ăn cho vi sinh vật sống hữu ích trong đường ruột vật chủ (không phải cho vật chủ) Prebiotic là hợp chất hữu cơ thuộc nhóm carbonhydrat không được tiêu hóa, không được hấp thu ở đoạn trên của ống tiêu hóa, do cơ thể động vật không có enzym thủy phân các chất đó thành đường đơn Một số loại prebiotic điển hình như: Inulin, Oligosaccharid, MOS, FOS

Chế phẩm probiotic được sử dụng rộng rãi, có hiệu quả tương đối tốt trong phòng và trị bệnh cho người và động vật, đặc biệt là các chế phẩm phòng chữa bệnh đường ruột cho trẻ em, động vật non… Trong nuôi trồng thủy sản, chế phẩm probiotic bắt đầu được sử dụng một số năm gần đây Chế phẩm probiotic sử dụng trong nuôi trồng thủy sản chứa các vi sinh vật sống, khi trộn vào thức ăn có tác dụng tích cực trong phòng ngừa bệnh đường ruột cho động vật thủy sản, tăng khả năng tiêu hóa và hấp thụ thức ăn, hoặc có tác dụng làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường ao nuôi, nhờ có hoạt tính enzym phân hủy hữu cơ mạnh Chế phẩm sinh học probiotic bổ sung vào thức ăn nuôi trồng thủy sản, làm cho các vi sinh vật probiotic cộng sinh và phát triển trong hệ tiêu hóa của vật chủ, giúp cơ thể vật chủ hấp thụ tốt các chất dinh dưỡng, tăng hiệu quả sử dụng thức ăn Các vi sinh vật probiotic có tác dụng kìm hãm sự phát triển của một số vi sinh vật gây bệnh và có có hại trong ống tiêu hóa của vật chủ, bằng cạnh tranh dinh dưỡng hoặc tiết các chất bacteriocin, acid… Nhiều nghiên cứu cho thấy vai trò ức chế các vi sinh vật gây bệnh tôm của các chủng vi khuẩn probiotic Ví dụ, vi khuẩn Lactobacillus sp., Bacillus có khả năng ức chế các vi khuẩn gây bệnh Vibrio sp., E coli, Staphylococcus sp., và hạn chế bệnh đốm trắng do virus đốm trắng (WSSV) ở tôm sú P Monodon

Vai trò của vi khuẩn probiotic trong chế phẩm sinh học có thể giải thích theo các cơ chế khác nhau

- Vi khuẩn probiotic cạnh tranh thức ăn với vi khuẩn gây bệnh hoặc sản xuất

những chấ ức chế (bacteriocin, acid lactic,…), kìm hãm sự phát triển của các vi t khuẩn gây bệnh Các chủng vi khuẩn probiotic có khả năng sinh các chất kháng khuẩn đểtiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh trong đường ruột vật nuôi, giúp kích thích

19

h ệ miễn dịch của động vật nuôi và tăng cường khả năng đề kháng một số ại vi losinh v t gây b nh ậ ệ

- Cung c p chấ ất dinh dưỡng c n thiầ ết để tăng cường dinh dưỡng cho động vật nuôi, cung cấp các enzym làm tăng cường hi u quệ ả chuyển hóa thức ăn c a đủ ộng

v t nuôi ậ

- Vi khuẩn probiotic hấp thu trực tiếp hoặc phân hủy các chất hữu cơ dư thừa

hoặc các chất độc hại trong nước Một số chủng vi khuẩn probiotic thực hiện các quá trình amon hóa, nitrat hóa, ph n nitrat hóa, desulphur hóa, giúp phân hả ủy các chất bài ti t c a tôm cá, thế ủ ức ăn dư thừa và chấ ữu cơ khác, tạt h o nên các muối vô

cơ cung cấ dinh dưỡp ng làm cho vi khu n và t o phát tri n nhanh; c ch s ẩ ả ể ứ ế ự tăng trưởng c a các vi sinh v t gây b nh, c i thi n chủ ậ ệ ả ệ ất lượng nước ao nuôi và gi m ảthi u ô nhiể ễm môi trường nuôi tr ng thồ ủy sản

Chế phẩm sinh học probiotic bao gồm nhiều loại khác nhau, có thể là sự kết hợp một hoặc một số chủng vi sinh vật probiotic sống với các chất mang Một số loại chế phẩm sinh học probiotic ngoài các chủng vi sinh vật probiotic, có bổ sung một số loại enzym (protease, phytase, amylase, cellulase) và các chất prebiotic nhằm kích thích khả năng sinh trưởng của động vật nuôi ở giai đoạn đầu, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật probiotic phát triển mạnh và ổn định trong chế phẩm

1.3.3 Một số yếu tố công nghệ trong tạo chế phẩm sinh học

Để ạo đượ t c m t ch ph m sinh h c luôn yêu c u các bư c cơ b n sau: l a ộ ế ẩ ọ ầ ớ ả ựchọn ch ng gi ng thích h p, l a chọn môi trườủ ố ợ ự ng thích hợp, lên men trong các điều

ki n tệ ối ưu, thu nhận tinh ch và b o qu n ch phế ả ả ế ẩm hiệu quả

Trong quá trình nuôi c y thu sinh kh i vi sinh v t, thành phấ ố ậ ần môi trường nuôi và điều ki n nuôi c y ệ ấ ảnh hưởng rõ rệt đến hi u qu thu sinh khệ ả ối Môi trường

có thành phần dinh dưỡng thích hợp đảm bảo cho vi sinh v t có tậ ốc độ sinh trưởng mạnh, hiệu suất thu hồi sinh khối cao trong thời gian nuôi cấy ngắn nhất Mỗi loài

vi sinh vật sinh trưởng và phát tri n t t trong nhể ố ững điều kiện môi trường nhất định

Vi khuẩn lactic sinh trưởng và phát triển tốt trong môi trường nuôi cấy có đầy đủcác thành ph n chầ ủ ếu như C, H, N, O, các nguyên tố vi lượ y ng và vitamin Vi

20

khuẩn Bacillus có th phát tri n tể ể ốt trong các môi trường nuôi cấy đơn giản, có đủnguồn cacbon, nitơ và muối khoáng Môi trường dinh dưỡng giúp cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, đồng th i có ờ ảnh hưởng đến quá trình thu sinh kh i và b o ố ả

qu n ch ph m sau này ả ế ẩ

1.3.3.1 Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy

a Ảnh hưởng của thành phần dinh dưỡng

Nguồn dinh dưỡng đối với vi khuẩn thông thường là nguồn cacbon, nitơ, muối khoáng

Nguồn Cacbon: Cacbon là thành phần ch y u ki n t o c u trúc t bào vi ủ ế ế ạ ấ ếsinh v t vì v y ngu n cacbon r t c n thiậ ậ ồ ấ ầ ết trong quá trình lên men để tăng sinh khối

t ếbào Vi sinh vật có thể ử ụng nguồn cacbon từ đơn giản đến phức tạp nên trong s dnghiên c u và s n xuứ ả ất người ta có thể ử ụ s d ng ngu n cacbon tinh khiồ ết như glucoza, sacaroza hay các ngu n t p chồ ạ ất như rỉ đường, d ch th y phân nị ủ ấm men Trong công nghệ lên men thường sử ụ d ng ngu n cacbon là rồ ỉ đường, tinh b t, cám ộ

g o ạ

Nguồn Nitơ: Trong tấ ả các môi trườt c ng nuôi c y c n thi t ph i có ngu n ấ ầ ế ả ồnitơ mà vi sinh vật có th ể đồng hóa được Trong nghiên cứu thường s d ng các ử ụnguồn nitơ như cao thịt, peptone, cao nấm men, tuy nhiên trong sản xuất công nghiệp chúng ta thường s d ng cao ngô, bử ụ ộ ậu tương, dịt đ ch tự phân n m men, ph ấ ế

thải ngành chế ến thịt, sữa Ngoài ra còn sử ụng nguồn nitơ vô cơ như các loại bi dmuối amoni, nitrat

Các nguyên tố khoáng: ngoài nguồn cacbon, nitơ thì chất khoáng cũng có vai

trò quan tr ng quyọ ết định hi u qu quá trình lên men Trong các nguyên tệ ả ố khoáng thì phospho là nguyên tố được chú trọng nhất vì nó tham gia vào nhi u thành phề ần quan tr ng cọ ủa tế bào như nucleic acid, photpholipid Ngoài ra, trong môi trường dinh dưỡng c n có các nầ guyên tố đa lượng K, Ca, Mg và các nguyên tố vi lượng là

Zn, Mn, Ni, Cu giúp các vi sinh vđể ật sinh trưởng t t Nh ng nguố ữ yên tố khoáng có

th cung cể ấp dướ ạng muối vô cơ i d

21

Vitamin và các h p chợ ất kích thích sinh trưởng: Giống như nguồn muối khoáng, vitamin và chất kích thích sinh trưởng cũng cần thiết cho sinh trưởng của vi sinh v t Mậ ột số ạ lo i vitamin c n thiầ ết là B1, B2, B5,thường được bổsung vào qua các nguyên liệu giàu vitamin như cao ngô, bột đậu tương, nước chi t khoai tây ế

Một số ít loài vi khuẩn có khả năng tự tổng hợp các chất cần thiết từ nguồn cacbon vô cơ, nước và muối khoáng (vi khuẩn tự dưỡng) còn ph n lầ ớn vi sinh vật đòi hỏi cung cấp nguồn cacbon, nitơ dưới dạng hợp chất hữu cơ hay vô cơ

b Ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy

Nhiệt độ: Nhiệt độ tác đ ng tr c tiộ ự ếp đến các ph n ng enzyme c a t bào vi ả ứ ủ ếsinh vật, do đó ảnh hưởng mạ h đến quá trình sinh trưởn ng và phát tri n c a vi sinh ể ủvật Nuôi cấy vi sinh vậ ởt nhiệt độ quá cao ho c quá thấp có thểặ gây c chế các ứenzyme, kìm hãm các phản ứng trao đổi chất, dẫn đến làm giảm khả năng sinh trưởng và phát tri n c a vi sinh v t Nhiể ủ ậ ệt độ quá gi i h n phát tri n (cao quá ho c ớ ạ ể ặthấp quá) thường làm giảm mạnh hiệu suất thu hồi sinh khối vi sinh vật Mỗi loài vi khuẩn thích hợp với khoảng nhiệt độ nuôi cấy nhất định Vi khuẩn lactic có nhiệt độphát tri n thích h p nh t tể ợ ấ ừ 28- 35oC tùy t ng loài Vi khu n thuừ ẩ ộc chi Bacillus có

giới hạn nhiệt độ ộng từ r 5- 75oC tùy theo t ng loài, nhi u loài vi khu n thu c chi ừ ề ẩ ộBacillus phát tri n t t nh t kho ng nhiể ố ấ ở ả ệt độ -3428 oC

pH: Độ pH của môi trường có ảnh hưởng rõ rệt đến t c đ ố ộ sinh trưởng c a ủnhiều loài vi khuẩ Ở pH môi trường không thích hợp, sinh trưởng và phát triển n

của vi khuẩn bị ức chế Độ pH môi trường đặc trưng với mỗi loài vi khuẩn khác nhau, các vi khu n lactic thích hẩ ợ ở môi trườp ng acid nh , gi i hẹ ớ ạn pH ban đầu thích hợ ởp khoảng 5,5 - 6,5; vi khuẩn Bacillusphát triển tố ở ớt gi i hạn pH ban đầu

t 6,5- 8,0 ừ

Độ thông khí: Oxy là yế ốu t quan tr ng ọ ảnh hưởng đến kh ả năng sinh trưởng phát tri n c a vi sinh v t hi u khí Trong quá trình nuôi c y vi sinh v t sể ủ ậ ế ấ ậ ử ụ d ng oxy hòa tan trong môi trường vì v y ph i có quá trình cung cậ ả ấp oxy đều đặn b ng v i ằ ớnhu c u tiêu thầ ụ ủ c a vi sinh vật Trong mỗi giai đoạn phát tri n vi sinh v t có nhu ể ậcầu oxy là khác nhau, do đó mức độ thông khí cần điều ch nh cho phù h p tùy ỉ ợ

22

thuộc vào tố ộc đ sinh trưởng, số lượng sinh khối, hoạt tính sinh lý của tế bào, điều

kiện môi trường xung quanh như nhiệt độ ồng độ đường, các chất dinh dưỡ, n ng

1.3.3.2 Quá trình lên men vi sinh vật

Trong lên men vi sinh vật có hai phương pháp là lên men bề mặt và lên men chìm

Phương pháp lên men b m t: Phương pháp này thườề ặ ng thích h p cho các ợquá trình nuôi nấm mốc, xạ khuẩn, nh ng nhóm vi sinh vữ ật sinh trưởng thành hệ

sợi Môi truờng nuôi cấy bề ặt là môi truờng rắn và xốp Vi sinh vật phát triển sử m

dụng oxy của không khí để hô hấp và làm tác nhân oxy hoá trong các quá trình biến đổi hoá sinh, đồng th i th i COờ ả 2 ra môi trường xung quanh và toả nhiệt Nhược điểm của phương pháp nuôi cấy b m t là t n nhi u di n tích m t bề ặ ố ề ệ ặ ằng, khó cơ khí hoá và đặc bi t là r t khó t ệ ấ ự động hoá được toàn b quá trình, chi phí nhân công, ộđiện nước cho một đơn vị ả s n phẩm cao Tuy nhiên phương pháp này không cần điều ki n v máy móc và thi t b ệ ề ế ị cao Trong phương pháp lên men bề m t vi sinh ặ

vật được nuôi cấy trong điều kiện không vô trùng tuyệt đối Môi trường bán ắn rnguyên liệu thường sử ụ d ng là : các lo i h t (thóc, gạ ạ ạo, đậu tương, ngô), các loại

ph li u (bã mía, trế ệ ấu, cọng rơm, rạ)

Phương pháp lên men chìm (lên men bề sâu): Nuôi cấy chìm hay nuôi cấy bề sâu dùng môi trường ding dưỡng l ng Ch ng vi sinh vỏ ủ ật được gieo c y vào môi ấtrường phân tán kh p mắ ọi điểm và chung quanh b m t t ề ặ ế bào được ti p xúc v i ế ớ

dịch dinh dưỡng Vì vậy phương pháp này cần các trang thiết bị nuôi cấy phức tạp

để đả m b o sao cho v a cả ừ ấp đầy đủ oxy hoà tan cho nhu cầu sinh trưởng và t o ạthành s n ph m cả ẩ ủa chủng nuôi cấy, vừa khuấy trộn liên tục mà vẫn đảm bảo không

b tị ạp khuẩn xâm nhập Phương pháp nuôi cấy chìm có mộ ố ưu điểt s m là: t n ít ốmặt bằng trong xây d ng và lự ắp đặt dây chuyền, chi phí điện năng, nhân lực và các khoản phụ cho một đơn vị ản phẩm thấp, dễ cơ khí hoá, tự động hoá cho toàn bộ squá trình Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi trang b k thu t cao, d b nhi m ị ỹ ậ ễ ị ễtrùng toàn b ộ

23

1.3.3.3 Chất mang trong chế phẩm sinh học

Trong các chế phẩm sinh h c probiotic, thành ph n và ọ ầ t l ỷ ệ các loại chất mang có ý nghĩa rất quan tr ng Ch t mang ảnh hưởng đến tọ ấ ỷ ệ ố l s ng sót của tế bào

vi sinh v t probiotic trong quá trình sậ ấy chế phẩm, và th i gian bờ ảo quản chế ph m ẩ

Chất mang sử ụng trong tạo chế d phẩm sinh học gồm nhiều nhóm chất khác nhau,

mỗi loại có vai trò khác nhau trong chế phẩm Trong sản xuất chế phẩm sinh học thường s d ng m t s nhóm ch t mang ch y u sau: ử ụ ộ ố ấ ủ ế

- Các chất mang có thể được hấp thụ qua thành tế bào và màng nguyên sinh chất (monosacarit, disacarit, glyxerol, sorbitol), làm cho thành t bào vi khuế ẩn dẻo dai hơn Các chất mang thu c nhóm này có tác dộ ụng ngăn cản s ự tách nước, ngăn

cản sự phá vỡ các cấu trúc tế bào trong quá trình sấy chế phẩm, làm tăng tỷ ệ ố l s ng

của tế bào trong ch phế ẩm

- Chất mang thấm qua thành ế bào nhưng không qua màng nguyên sinh chất t (các oligosacarit, acid amin, dextrin), có tác d ng t o l p b o vụ ạ ớ ả ệ cơ học dưới màng, giúp t bào có kh ế ả năng chống ch u tị ốt hơn

- Chất mang không thấm qua thành tế bào, được hấp thụ trên bề ặt tế m bào

của các vi sinh v t t o thành m t l p nh y, giúp nâng cao t l s ng cậ ạ ộ ớ ầ ỷ ệ ố ủa tế bào trong chế ẩ ph m

Trong s n xuả ất các chế phẩm sinh học, các loại đường glucose, fructose, saccarose, lactose, có tác dụng b o vả ệ ế t bào của nhi u lo i vi khuề ạ ẩn, thường được

s dử ụng làm c ất mang Một số ợp chất như glutamat natri, các loại polysaccarit h h(tinh b t, dextrin, maltodextrin, Innulin…), sộ ữa gầy có khả năng bảo vệ ế t bào vi khuẩn trong quá trình sấy và bảo quản chế phẩm sinh học, giúp kéo dài thời gian

bảo quản Sử ụng chất mang có bổ sung thêm glutamate natri, làm tăng tỷ ệ ế d l t bào

vi khu n s ng sót trong chẩ ố ế phẩm sau sấy Hiệ ứu ng này do s liên k t gi a nhóm ự ế ữamin của glutamat v i nhóm cacboxyl c a protein thành t ớ ủ ế bào, làm tăng độ ề b n

v ng c a thành t bào vi khu n ữ ủ ế ẩ

Glyxerol có khả năng thâm nhập vào màng tế bào, làm cho màng tế bào trởnên dẻo dai hơn Glyxerol kế ợt h p v i các phân tớ ử nước trong tế bào để chống l i sạ ự

24

thoát hơi nước quá mạnh, đồng thời ngăn chặn s hình thành tinh th ự ể đá bên trong

t ếbào khi làm lạnh, giúp bảo quản tế bào vi khuẩn trong thời gian dài Glyxerol kết

hợp với môi trường dinh dưỡng đặc hiệu thường được sử ụng trong bảo quản các dchủng gi ng vi khu n ố ẩ

Ch phế ẩm sinh học probiotic là hỗn hợp chất mang với sinh khối sống của các nhóm vi sinh v t có ích (vi khu n lactic, vi khuậ ẩ ẩn Bacillus, vi khu n nitrat hóa, ẩ

nấm men) Chế phẩm sinh học probiotic phải có tỷ ệ ế bào vi sinh vật probiotic l t cao, d thích nghi vễ ới môi trường và có quá trình sinh trưởng phát triển bình thường trong h tiêu hóa cệ ủa vật chủ hoặc môi trường Mậ ố ết s t bào vi sinh v t s ng trong ậ ốchế ph m probiotic cẩ ần đạt kho ng 10ả 8 - 109/1g chế ph m dạẩ ng b t (hoộ ặc 1ml đối

với chế phẩm dạng lỏng) Chế phẩm sinh học phải có thời gian bảo quản được từ 6 tháng đến một năm Trong nhiều lo i ch ph m sinh h c, ngoài các ch t mang thông ạ ế ẩ ọ ấthường có th b sung mể ổ ột hàm lượng nh các ch t prebiotic, các enzym h tr tiêu ỏ ấ ỗ ợhóa, các loại vitamin, giúp cho v t nuôi sậ ử ụ d ng thức ăn hiệu qu , gi m tiêu tả ả ốn

thức ăn, tăng cường s c khứ ỏe và khả năng đề kháng d ch b nh ị ệ

1.3.3.4 Kỹ thuật sấy chế phẩm sinh học probiotic

Ch phế ẩm sinh học probiotic chứa các vi sinh vật sống, hiệu quả ủa chế c

phẩm phụ thuộc vào tỷ ệ vi sinh vật sống trong mỗi gam chế phẩm Trong sản xuất l chế ph m sinh h c dạẩ ọ ng b t, s d ng k thu t s y phù hộ ử ụ ỹ ậ ấ ợp, giúp đảm bả ỷ ệ ếo t l t bào vi sinh v t s ng trong chậ ố ế ph m sau khi sấẩ y cao Kỹ thu t sấy chếậ phẩm sinh

học quyết định tỷ ệ ống sót của tế bào trong chế l s phẩm sau sấy và trong quá trình

bảo quản chế phẩm Trong công nghệ ản xuất chế phẩm sinh học dạng bột, người s

ta có thể ử ụ s d ng các kỹ thuật s y khác nhau: s y chân không, s y phun, s y nhiấ ấ ấ ấ ệt

độ ấp, đông khô th

+ Kỹ thuật đông khô

Đông khô là kỹ thuật tách nước ra khỏi chế phẩm sinh học ở nhiệt độ thấp, nhờ sự thăng hoa của nước ở điều kiện giảm áp suất Kỹ thuật đông khô là phương pháp bảo quản vi khuẩn sống có hiệu quả cao nhất, thường được sử dụng trong bảo quản các chủng giống Kỹ thuật đông khô đòi hỏi các thiết bị đông khô rất đắt tiền,

25

do đó giá thành sản phẩm quá cao, không phù hợp với sản xuất chế phẩm sinh học phục vụ nuôi trồng thủy sản

+ Kỹ thuật sấy phun

Kỹ thuật sấy phun sấy dựa trên nguyên tắc làm thoát hơi nước của chế phẩm, nhờ sự chênh lệch nhiệt độ giữa chế phẩm và không khí nóng Sấy phun thường sử dụng nhiệt đầu vào100 - 120o C, nhiệt độ đầu ra khoảng 60 - 90o C, nên chế phẩm sinh học có tỷ lệ tế bào vi sinh vật sống sót thấp Mặt khác, chế phẩm sinh học sử dụng kỹ thuật sấy phun có thời gian bảo quản ngắn, do số tế bào chết tăng mạnh trong quá trình bảo quản (tỷ lệ tế bào chết có thể lên đến trên 80% sau 2 tháng bảo quản)

+ Kỹ thuật sấy chân không

Sấy chân không dựa trên nguyên lý chênh lệch áp suất giữa sản phẩm sấy và buồng sấy, để làm khô nhanh sản phẩm Kỹ thuật sấy chân không sử dụng trong sấy chế phẩm sinh học với áp suất thấp để tăng tỷ lệ tế bào sống của chế phẩm Sản phẩm sấy chân không có tỷ lệ sống của vi sinh vật cao hơn so với sấy phun Tuy nhiên, sấy chân không đòi hỏi thiết bị sấy đắt tiền, nên giá thành sản phẩm thường rất cao

+ Kỹ thuật sấy chế phẩm sinh học với thiết bị sấy nhiệt độ thấp

Thiết bị ấy nhiệt độ thấp hay còn gọi là thiết bị ấy bơm nhiệ s s t là k thu t ỹ ậ

sấy các chế ẩ ph m sinh học có hiệu qu cao Nguyên tả ắc của thi t b sế ị ấy bơm nhiệt là

s dử ụng không khí đã làm khô (độ ẩm thấp), để ấy đi hơi nước trong sản phẩm, làm lkhô sản phẩm mà không c n nhiầ ệt độ cao Do đó, kỹ thu t sấy bơm nhiệt đảậ m bảo chế ph m có tỷ l ẩ ệvi sinh vật sống sau sấy cao, chế phẩm sinh học có thể ảo quản btrong th i gian dài v n có hi u qu ờ ẫ ệ ảcao

Ngoài các kỹ thu t sấậ y nêu trên, trong s n xu t chả ấ ế phẩm sinh h c probiotic ọ

dạng bột người ta có thể ử ụng nhiều kỹ s d thuật sấy khác (sấy tầng sôi, sấy thăng hoa, sấy thủ công) Hi u quệ ả ủ c a chế ẩ ph m sinh h c probiotic không chọ ỉ ph thu c ụ ộvào ch ng vi sinh v t probiotic vàủ ậ chất mang mà phụ thu c rấộ t nhi u vào kề ỹ thuật

sấy chế ẩ ph m

26

1.3.4 Các nhóm vi sinh vật chủ yếu được sử dụng trong tạo chế phẩm sinh học

Các vi sinh vật được lựa chọn làm chế phẩm probiotic phải có những đặc điểm có ích sau:

- Không sinh độc tố, không gây bệnh cho vật chủ và không ảnh hưởng xấu tới hệ sinh thái và môi trường

- Có khả năng bám dính trên niêm mạc đường tiêu hóa và các mô khác của vật chủ, cạnh tranh vị trí bám với các vi sinh vật gây bệnh

- Có khả năng sinh các chất ức chế, ngăn cản sự sinh trưởng của các vi sinh vật gây bệnh Các chất ức chế vi sinh vật có hại gồm nhiều loại khác nhau: bacteriocin, siderophore, lysozym, protease, hydroperoxit, acid lactic, các chất này

có thể tác động đơn lẻ hoặc phối hợp lẫn nhau

- Có khả năng sinh trưởng nhanh, có tác dụng cạnh tranh thức ăn và cạnh tranh năng lượng với các vi sinh vật có hại Ví dụ, một số loài vi khuẩn probiotic có khả năng sinh siderphore, liên kết với ion sắt làm cho vi sinh vật gây hại không sinh trưởng được vì thiếu sắt

- Tăng cường khả năng miễn dịch, tăng cường đáp ứng miễn dịch tự nhiên và khả năng tạo kháng thể trong cơ thể vật chủ

- Có tác dụng cải thiện chất lượng nước ao nuôi, do sự hình thành hàng loạt enzyme phân giải các chất hữu cơ, làm giảm hàm lượng BOD, giảm hàm lượng khí độc amoniac, H2S trong ao nuôi

Mặt khác, sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật probiotic còn cung cấp enzyme, các nguyên tố vi lượng cho vật chủ, giúp chúng sử dụng thức ăn hiệu quả hơn và do đó tăng trưởng tốt hơn, khả năng kháng bệnh cao hơn

Để đáp ứng những yêu cầu trên, chế phẩm sinh học probiotic được sử dụng hiện nay thường được sản xuất từ một nhóm hoặc kết hợp nhiều nhóm vi sinh vật có ích khác nhau Các nhóm vi sinh vật chủ yếu được sử dụng để tạo chế phẩm probiotic gồm: vi khuẩn, nấm men, xạ khuẩn và nấm sợi

- Nhóm vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh: chủ yếu làm sạch môi trường nhờ khả năng sinh enzyme phân hủy hữu cơ: protease, amylase, cellulase Ngoài ra nhóm vi

27

khuẩn này còn có vai trò cạnh tranh dinh dưỡng với vi khuẩn gây hại giúp môi trường luôn ở trạng thái cân bằng sinh học Nhóm vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh bao gồm một số loài thuộc chi Bacillus

- Nhóm vi khuẩn Lactic có khả năng sinh hoạt chất đối kháng với các vi sinh vật gây bệnh nên có khả năng kiểm soát hệ vi sinh vật trong môi trường Nhóm này bao gồm một số loài thuộc chi Lactobacillusđôi khi có cả Streptococus Lactic khi

bổ sung vào thức ăn nuôi tôm cá, nhóm vi khuẩn này có vai trò tăng khả năng tiêu hóa và hấp thụ thức ăn của vật chủ, giảm hệ số tiêu hóa nhờ đó giúp tôm cá phát triển khỏe mạnh, tăng trưởng nhanh Điều quan trọng hơn khi sử dụng nhóm vi khuẩn này có tác dụng hạn chế việc sử dụng kháng sinh, đảm bảo tiêu chuẩn an toàn thực phẩm cho các sản phẩm thủy sản và môi trường nước nuôi

- Nhóm vi khuẩn thường được bổ sung vào các chế phẩm sử dụng trong nuôi trồng thủy sản là nhóm vi khuẩn tự dưỡng thuộc chi Nitrosomonas, Nitrobacter có tác dụng chuyển hóa Nitơ hữu cơ thành Nitơ phân tử, giảm độc cho môi trường

- Nấm men thường được bổ sung vào các chế phẩm sinh học ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản là các loài saccharomyces cerevisiae, saccharomyces boulardii

1.3.4.1 Vi khu n lactic ẩ

Vi khuẩn lactic được xếp chung vào họ Lactobacillaeace, gồm các vi khuẩn không đồng nhất về mặt hình thái (gồm cả vi khuẩn hình que và hình cầu) Vi khuẩn lactic thuộc nhóm vi khuẩn Gram (+), không tạo bào tử, không di động, thu nhận năng lượng nhờ phân giải hydrat cacbon và sinh acid lactic, sống từ kỵ khí đến vi hiếu khí

Vi khuẩn lactic là nhóm các vi khuẩn có nhu cầu về chất dinh dưỡng phức tạp, không phát triển được trên môi trường muối khoáng thuần khiết có đường glucose do không tự tổng hợp được các hợp chất nitơ hữu cơ phức tạp Vi khuẩn lactic có thể sử dụng được rất nhiều loại hydrat cacbon như các đường đơn, đường đôi và polysaccarit Ngoài cần cung cấp nguồn năng lượng cần thiết là các loại hydrat cacbon hữu cơ, vi khuẩn lactic cần một số yếu tố cần thiết cho sự sinh trưởng

và phát triển như: phosphat, lưu huỳnh, vitamin, acid amin

28

Dựa vào những tính chất cơ bản của vi khuẩn lactic, có nhiều cách phân loại

vi khuẩn lactic khác nhau: dựa vào hình thái học, kiểu lên men, khả năng chịu nhiệt, khả năng chịu muối, chịu axit hay chịu kiềm Về cơ bản, vi khuẩn lactic được chia làm 5 chi: Lactobacillus; Pediococcus; Streptococcus và Lactococcus; Leuconostoc và Bifidobacterium

- Lactobacillus: ự tr c khuẩn có thể ếp đôi, x chuỗi hoặ ức đ ng riêng rẽ Nhiệt

độ ối ưu là 30 t -40oC Lên men được galactose, glucose, sacarose, fructose…

- Leuconostoc: cầu khuẩn hình ovan hoặc hình trứng Lên men đường dextran, triose, s n phả ẩm tạo thành D lactic, etanol, CO- 2 Có 2 loài đặ trưng là c L.mensenteroides và L.lactic

- Pediococus: ầu khuẩn, tồn tại dưới dạng bát cầu khuẩn, tụ ầu khuẩn Lên c cmen đường glucose theo chu trình EMP, acid lactic t o thành có d ng DL, D( ) hay ạ ạ -D(+) Có 3 loài đặc trưng là P acidilactici, P dextrancium, P.halophilus

- Streptococus và lactococus: dạng cầu khuẩn xếp đôi hoặc chuỗi Có khả năng lên men đường hexose thành acid lactic và các loại đường khác Có 3 loài đặc trưng được sử ụ d ng trong công nghệ ữ s a là S.lactis, S.ceremoris, S thermophilus

- Bifidobacterium: lên men dị hình, có hình dạng biến đổi, đôi khi có hình ovan, có lúc l i hình que, k khí bạ ị ắt buộc Có khả năng lên men lactose thành acid lactic và acid acetic

Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh vi khuẩn lactic là nhóm vi khuẩn an toàn, có lợi trong sản xuất thực phẩm Ngoài vai trò tạo ra acid lactic, muối lactat, tạo hương vị cho sản phẩm,… vi khuẩn lactic tạo ra các chất kháng khuẩn hữu hiệu khác nhau: bacteriocin, acid lactic Một số chủng vi khuẩn lactic sinh bateriocin mạnh được sử dụng làm men tiêu hóa sống cho người và động vật, dùng để chữa bệnh rối loạn tiêu hóa và phục hồi cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột Hai nhóm Lactobacillus Lactococcusvà có khả năng ức chế vi khuẩn gây bệnh ở tôm cá và ức chế nhiều loại vi khuẩn Gram (+), được sử dụng nhiều trong tạo chế phẩm sinh học phục vụ nuôi trồng thủy sản

29

1.3.4.2 Vi khuẩn Bacillus

Bacillus là những vi khuẩn Gram (+), thuộc họ Bacillaceae, gồm nhiều chi khác nhau: B subtilis, B mesentericus, B mycoides, B megaterium, … Vi khuẩnBacillus có khả năng tạo bào tử trong môi trường sống thiếu chất dinh dưỡng, nhiệt

độ cao, điều kiện sống bất lợi… Đặc điểm tạo bào tử của vi khuẩn Bacillus là hình thức thích nghi của vi khuẩn với môi trường bất lợi

Vi khuẩn Bacillustồn tại khắp nơi trong tự nhiên, có khả năng tạo và tiết các enzym ngoại bào Nhiều loài vi khuẩn Bacillus tiết các enzym (amylase, protease, cellulase) phân hủy các hợp chất hữu cơ mạnh, có tác dụng phân hủy chất hữu cơ

dư thừa, làm giảm thiểu ô nghiễm môi trường B subtiliscó khả năng sinh tổng hợp riboflavin, giúp cho B subtilis có khả năng cạnh tranh thức ăn với một số loài khác Khả năng sinh enzym, tính chất dể sống và khả năng sinh bào tử là ưu thế làm cho

vi khuẩn thuộc chi Bacillus được sử dụng nhiều trong sản xuất chế phẩm sinh học

Vi khuẩn thuộc chi Bacillus trong quá trình phát triển có tác động kìm hãm,

ức chế với các vi khuẩn gây bệnh và có hại bằng các cơ chế khác nhau: cạnh tranh oxy và chất dinh dưỡng, cạnh tranh vị trí và sản sinh ra các chất ức chế sự phát triển của các vi sinh vật gây hại Vi khuẩn Bacillus tổng hợp các chất kháng khuẩn khác nhau: các loài B circulans, B polymyxa, B laterosporus, B cereus có thể sản sinh phopholipase A ức chế hoặc tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn khác Các loài Bacillus: B stearo thermophilus, B licheniformis, B thuringiensis và B subtilis sản sinh bacteriocin (chất ức chế bản chất protein), có khả năng ức chế nhiều loài vi khuẩn gây bệnh ở động vật thủy sản như Vibrio, Aeromonas

- Nhiều loài vi khuẩn thuộc chi Bacillus gây bệnh như Bacillus cereus gây tiêu chảy, viêm da, bacillus anthracis gây bệnh than

30